تعیین ضریب تورق و ضریب تطویل

مقدمه:

          در صنعت ساختمان در بسیاری از موارد از مخلوط کردن دو یا چند ماده مصالح جدیدی بدست می‌آوردند.در بسیاری از این مخلوطها یکی از اجزای بسیار مهم سنگدانه‌ها می‌باشند.شکل این سنگدانه‌ها در خواص آنها موثر است.به عنوان مثال از مصرف دانه‌های متورق یا مطول در قشرهای آسفالتی وبتن سیمانی که تحت تاثیر بارهای وارد از طرف چرخ‌هاست و همچنین مصالحی که در خمش کار می‌کنند باید بطور جدی پرهیز نمود.

بر طبق تعریف تورق عبارت است از درصد وزنی دانه‌هایی که ضخامت آنها کمتر از 5/3 اندازه متوسط دانه‌ها است.منظور از اندازه متوسط دانه‌ها میانگین اندازه سوراخهای دو الک متوالی است که توسط آنها سنگدانه‌ها تفکیک می‌شوند.

تعیین ضریب تطویل عبارت است از درصد وزنی دانه‌هایی که طول آنها بیشتر از 1.8 اندازه متوسط دانه‌هاست.

روش کار:

                برای انجام آزمایش نیاز به سنگدانه‌هایی با دانه‌بندی که بعد ذکر می‌شود بود به همین دلیل سه سینی را در ابتدای امر وزن کردیم .که وزن هر کدام از آنها 0.450kg شد.سپس الکهای  1 inch و4/3 را روی هم قرار داده وسنگدانه‌ها را روی الک‌ها ریختیم وروی یکی از سینی‌ها الک کردیم.سنگدانه‌های باقی مانده در الک4/3وردشده از الک1 inch در سینی شماره یک ریختیم.تعدادسنگدانه‌های این سینی باید100 عدد باشد. سپس سنگدانه‌های رد شده از هر دو الک را با الک  2/1در سینی شماره 3 الک می‌کنیم وسنگدانه‌های باقی مانده در الک2/1 را در سینی شماره 2 ریختیم تعداد این سنگدانه‌ها نیز باید 100 عدد باشد.در آخر سنگدانه‌های سینی شماره 3 را در سینی دیگری ریختیم وآن سنگدانه‌ها را دوباره با الک8/3 روی سینی دیگری الک کردیموباقی مانده در الک 8/3 را در سینی شماره 3 میریزیم تعداد این سنگدانه‌ها نیز باید صد عدد باشد.بعد از الک کردن هر کدام از سینی‌ها را وزن می‌کنیم.وزن کل سینی‌ها به ترتیب به شرح زیر بود:

شماره سینی	وزن سینی با سنگدانه‌ها	وزن سینی	وزن سنگدانه‌ها
1	1.835	0.450	1.385
2	1.135	0.450	0.685
3	0.695	0.450	0.245

بعد از انتخاب سنگدانه‌ها به شرحی که گفته شد آزمایش تطویل را به طریق زیر انجام می‌دهیم:

سنگدانه‌های هر یک از سینی‌ها را از وسیله‌ای که از یک قطعه از جنس چوب که میخ‌هایی با فاصله‌های مشخص ساخته شده است را از فاصله بین میخ‌ها عبور می‌دهیم البته باید توجه کرد که برای سنگدانه‌های هر سینی از فاصله بین دو میخ مشخص عبور داد به فاصله بین دو میخ فاصله ویژه می‌گویندکه عبارت است از 1.8 برابر اندازه متوسط آن گروه از دانه‌بندی .یعنی برای سینی شماره یک که کوچکترین دانه‌بندی را داشت از بین دو میخ سوم وبرای سینی شماره 2 از بین میخ‌های 3و2 وبرای سینی شماره 1 که درشت‌ترین دانه‌بندی را دارداز بین میخ‌های شماره3و4 رد کردیم دانه‌هایی که رد شدند را از سنگدانه‌‌هایی که رد نشدند جدا کردیم و وزن سنگدانه‌هایی که عبور نکردند با سینی آن دانه‌بندی اندازه گرفتیم وطبق فرمول زیر ضریب تطویل را بدست آوردیم:                                               وزن دانه‌های مطول

                                                     100 *    ‍‍‍‍‍‍‍‍------------   = ضریب‌تطویل

                                                                   وزن کل دانه‌ها

همه اطلاعات مربوطه در جدول زیر آمده است:

شماره سینی	وزن کل(سینی با سنگدانه)	وزن سینی	وزن سنگدانه‌های رد نشده	ضریب تطویل
1	1.315	0.450	0.865	62.45
2	0.990	0.450	0.540	78.83
3	0.670	0.450	0.220	89.80

آزمایش تورق نیز به طریق زیر انجام شد:

دوباره سنگدانه‌های هر سینی را با هم مخلوط می‌کنیم واین بار سنگدانه‌ها را از شیار مخصوص عبور می‌دهیم البته این بار هم برای هر سینی شیار مخصوص آن بود (شیارها در کف یک قاب فلزی تشک مانند قرار داشت)این بار هم سنگدانه‌های عبور کرده و عبور نکرده را از هم جدا کردیم ولی این دفعه وزن سنگدانه‌های عبور کرده را با سینی‌ آن سنگدانه‌ها اندازه گرفتیم و ضریب تورق طبق فرمول زیر بدست آمد:

                                                         وزن دانه‌های رد شده از شیار

                                           100 *    -------------------  =ضریب تورق                                                        وزن کل نمونه بین دو الک

نتایج برای هر نوع دانه بندی در جدول زیر آمده است:

شماره سینی	وزن کل (سینی با سنگدانه)	وزن سینی	وزن سنگدانه‌های رد شده	ضریب تورق
1	0.800	0.450	0.350	25.27
2	0.540	0.450	0.090	13.14
3	0.500	0.450	0.050	3.61

                  

آزمایش پمپ و ترکیب سری و موازی

آزمایش پمپ و ترکیب سری و موازی

2- هدف آزمایش : بررسی هیدرولیک سیستم پمپاژ و بدست آوردن منحنی مشخصه یک پمپ سانتریفوژ و تعیین راندمان پمپ و ترکیب پمپها به صورت سری وموازی و مقایسه آنها با یکدیگر.

3- وسایل آزمایش :

1)        پمپ دارای دو محور گردشی در دو طرف

2)     میز هیدرولیکی (متشکل از سرریز مثلثی شکل و عمق سنج)

3)     وزنه برای متعادل نمودن الکترو پمپ

4)     دینانومتر برای تنظیم دور الکتروپمپ

5)     مانومتر

4- تئوری آزمایش: به طور کلی ماشین هایی که در مسیر سیال قرار می گیرند یا انرژی به سیال می دهند ویا انرژی از سیال می گیرند.

آندسته از ماشین هائیکه به سیال انرژی می دهند پمپ ، فن و کمپر سور نام دارند، و ماشین هایی که از سیال انرژی می گیرند توربین نام دارند.

ماشین های مورد استفاده در سیالات

ماشین هایی که به سیال انرژی می دهند

ماشین هایی که از سیال انرژی می گیرند

 

                    توربین ها                                                 فن ها                 کمپرسورها              پمپ

انواع پمپ ها

پمـپ­ها یکی از متداول­ترین انواع توربوماشین­های مصرف­کننده قدرت می‌باشند که در اکثر سیستم­های تاسیسات، آب­رسانی، هیدرولیکی و ... به­کار می‌روند. پمپ­ها بسته به شرایط کارکرد و شکل ساختمان داخلی دارای انواع مختلفی می‌باشند که می‌توان آنها را به دو گروه کلی پمــپ­های دورانی و پمپ­های رفت و برگشتی تقسیم کرد.

پمپ های جابجایی مثبت

پمپ های روتو دینامیک

 

جریان محوری Axial flow

گریز از مرکز یا جریان شعاعی Centrifugal

جریان مختلط Mixed flow

دوار Rotary

رفت و برگشتی Reciprocating P.

                                                                                     

پیستونی Piston

بادامکی Cam

                                                                                 

دنده ای Gear

پیچی Scrw

گوشواره ای Lobe

تیغه ای Vane

دیافراگمی Diaphragm

انگشتی Plunger

 

توربوماشین، ماشینی است که به سیال انرژی می­دهد و یا از سیال انرژی می­گیرد. یکی از انواع توربوماشین­ها پمپ­ها هستند که انرژی مکانیکی را از منبع خارج گرفته و به سیالی که از آن عبور می­نماید، انتقال می­دهد. در نتیجه این عملیات انرژی سیال بعد از خروج از ماشین افزایش می­یابد. از پمپ برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین و یا حرکت سیال در مدارهای مختلف هیدرولیکی و سیستم­های لوله­کشی و به طور کلی انتقال سیال از نقطه­ای به نقطه دیگر استفاده می­شود.

متداول­ترین نحوه تقسیم­بندی پمپ­ها برمبنای نحوه انتقال انرژی به سیال است. در این روش پمپ­ها به دو دسته اصلی زیر تقسیم می­شوند:

1.          پمپ­های جابجایی مثبت (PDP): پمپ­هایی هستند که انرژی را به صورت ناپیوسته به سـیال می­دهند، مانند قلب انسان، پمپ­های پیستونی.

2.       پمپ­های دینامیکی: پمپ­هایی هستند که انرژی را به­طور پیوسته به سیالی می­دهند، مثل پمپ گریز از مرکز.

پمپ­های جابجایی مثبت برای تامین فشار بالا در دبی پایین و پمپ­های دینامیکی معمولاً برای ایجاد دبی بالا و افزایش فشاربه اندازه کمتر مصرف می­شوند. مهم­ترین مزیت پمپ­های جابجایی مثبت، کار با هرگونه سیال بدون توجه به لزجت آن می­باشد و دیگر اینکه نیاز به راه­اندازی اولیه ندارند. توربوپمپ­ها که زیرمجموعه­ای از پمپ­های دینامیکی هستند، به علت شکل ساده ساختمانی، نسبت پایین حجم به قدرت و تنوع فراوان موارد مصرف، نسبت به سایر پمپ­ها از اهمیت بیشتری برخوردار می­باشند.

متداول­ترین روش تقسیم­بندی توربوپمپ­ها تقسیم­بندی براساس مسیر حرکت سیال در داخل پمپ است. از این نظر توربوپمپ­ها به سه دسته اصلی تقسیم می­شوند:

1.         پمپ جریان شعاعی (گریز از مرکز)

2.      پمپ جریان محوری

3.      پمپ جریان مختلط (نیمه گریز از مرکز)

در نوع اول، سیال به­طور موازی با محور وارد پمپ شده و عمود بر محور از آن خارج می­شود. این پمپ­ها در دبی­های کم و برای افزایش فشار نسبتاً زیاد به­کار می­روند. در نوع دوم، سیال موازی محور وارد پمپ شده و مـوازی با محور از آن خارج می­شـود. لذا این پمپ­ها برای تولیــد دبی­های زیاد و ارتفاع­های کم استفاده می­شود.

درنوع سوم، سیال موازی محور وارد پمپ شده و به طور مایل نسبت به محور از آن خارج می­شود. ایـن پمپ­ها برای ایجاد دبی و فشار متوسط به­کار می­روند.. تمرکز در این آزمایش روی پمپ گریز از مرکز می­باشد. این پمپ از اجزای زیر تشکیل شده است:

1.         لوله مکش: وظیفه این قسمت هدایت سیال از محیط خارج تا ورودی پمپ است.

2.      پروانه: در این قسمت انرژی جنبشی سیال زیاد می­شود.

3.      دیفیوزر: دراین قسمت مقداری از انرژی جنبشی سیال به انرژی پتانسیل تبدیل می­شود.

4.      محفظه حلزونی (جمع­کننده): این قسمت نقش جمع­آوری سیال و هدایت آن به خارج پمپ را دارد، همچنین دراین قسمت مقداری از انرژی جنبشی به شار تبدیل می­شود.

راه اندازی پمپ ها :

پمپ های سانتریفیوژ و لوله های مکش آن ها باید را باید قبل از راه اندازی کاملا از آب پر نمود. این کار برای صورت گرفتن عمل مکش در این پمپ ها انجام می شود.

در تاسیساتی که پمپ ها در ارتفاعی پایین تر از منبع مکش نصب می شوند، پمپ ها در تمامی مواقع پر از آب باقی می مانند، این عمل برای تمام پمپ های با سرعت مخصوص بالا و همچنین آنهایی که نیاز به ارتفاع مکش مثبت زیادی دارند معمول است. لیکن پمپ هایی که مکش آن ها به صورت منفی صورت می گیرد (یعنی مخزن مکش آن ها پایین تر از پمپ قرار دارد)، همواره باید قبل از راه اندازی، از آب پر شوند. برای این کار روش های مختلفی وجود دارد. یکی از راه های کم هزینه برای پر کردن پمپ ها، نصب شیرهای یکطرفه مخصوص، به نام شیرهای کفی در ابتدای لوله مکش و پر کردن سیستم با آب از هر طریق ممکن می باشد.

در حالتی که پمپ بالاتر از مخزن نصب می شود، نباید فاصله محور پمپ از سطح آب زیاد باشد، چون در این حالت فشار آبی که به پره وارد می شود، کمتر از فشار بخار آب می شود و کاویتاسیون رخ می دهد.

شیرهای کفی افت فشار زیادی تولید می کنند و در ضمن، دبی نشتی از آن ها، به خصوص پس از مدتی کار، آن قدر زیاد است که هر بار قبل از راه اندازی پمپ نیاز به هواگیری دارد. یک روش مطمئن تر برای هواگیری، بستن شیر رانش و تخلیه هوا از پمپ، توسط یک پمپ خلا، از مرتفع ترین نقطه پوسته پمپ باشد.

یکی دیگر از راه های پرکردن پمپ، استفاده از یک مخزن آب است که در روی پوسته و یا در کنار پمپ، قبل از دهانه مکش تعبیه می شود. این مخزن همواره قبل از راه اندازی پمپ از آب پر بوده و در نتیجه از ورود هوا به پمپ جلوگیری می نمایند. در شروع راه اندازی، پمپ از داخل مخزن مکش نموده و خلا ایجاد شده در قسمت فوقانی مخزن، باعث مکش آب به داخل مخزن می شود. طبیعی است که حجم مخزن باید طوری محاسبه گردد که قبل از تخلیه کامل مخزن، سیال به قدر کافی از لوله مکش داخل مخزن پر شود. معمولا حجم مخزن را از زیر لوله ورود آب به داخل آن، تا بالای لوله مکش پمپ، حداقل سه برابر حجم لوله مکش (بین منبع مکش تا مخزن) انتخاب می نماید.

  علایم                                                                                                 واحد

P= فشار                                                                          

H= هد فشاری                                                                  

L= طول بازوی گشتاور دینامومتر (L=0.25m)                            

M= جرم بکار برده شده برای بازوی گشتاور                                    

T= گشتاور                                                                       

Q= دبی                                                                         

A= سطح مقطع لوله                                                              

V= سرعت متوسط لوله                                                         

N= سرعت دورانی (N=2800rpm)                                     

P= قدرت                                                                        

X= اختلاف تراز بین انشعابات فشارسنج مکش و تخلیه                       

Y= ارتفاع فشار سنج مکش بالای انشعاب فشار تخلیه                              

Z= ارتفاع فشار سنج تخلیه بالای فشار سنج مکش                                    

ضمناً اندیسهای d, s  به ترتیب برای مکش (Suction) و تخلیه (رانش) (Delivery) استفاده می‌شود.

ثوابت:

 شتاب ثقل                                                                                 

جرم مخصوص آب                                                          

مشخصات اصلی پمپها :

1)        دبی: دبی یک پمپ Q ، مقدار مؤثر حجم سیالی است که در واحد زمان از دهانه خروجی پمپ خارج می‌گردد.

2)     ارتفاع کل: ارتفاع کل یک پمپ  H مقدار قدرت مفیدی است که توسط پمپ به واحد وزن سیال منتقل می‌شود. ارتفاع کل تولیدی مستقل از وزن مخصوص سیال می‌باشد.

3)     توان مصرفی :

توان مصرفی یا توان روی محور عبارت از توانی است که ماشین محرک روی محور پمپ قرار می‌دهد:
 

4)     توان مفید:
مقدار توانی است که توسط پمپ به سیال داده می‌شود و برابر است با حاصلضرب ارتفاع مفید تولیدی در وزن سیال منتقل شده توسط پمپ، یعنی:               

 راندمان کل پمپ: راندمان کل پمپ، نسبت بین توان مفید به توان مصرفی پمپ است که از رابطه زیر بدست می‌آید:

5)     توان ماشین محرک: انتخاب توان ماشین محرک در توربو پمپها از دقت خاصی برخوردار است. زیرا در هنگام کار معمولاً‌ دبی و یا ارتفاع کل پمپ تغییر کرده و متناسباً توان مفید و توان روی محور نیز تغییر می‌نماید.

6) سرعت مخصوص : طبق تعریف، سرعت مخصوص دوری از پمپ است که دبی  را تا ارتفاع 1m بالا ببرد. می‌توان ثابت کرد کلیه پمپهایی که از نظر هندسی مشابه هستند و بطور مشابه هم کار نمایند، دارای یک سرعت مخصوص مساوی در نقطه راندمان ماکزیمم خود بوده که مقدار عددی آن از رابطه زیر بدست می‌آید:

منحنی های مشخصه : نشان دادن شرایط کاری یک پمپ توسط معادلات ریاضی و یا سطوح فضائی از نظر استفاده عملی تولید اشکال می‌نماید وبه همین جهت سعی شده است که کلیه مشخصات را در روی صفحه نمایش دهند تا استفاده از آن راحت تر و عملی تر گردد.

به همین جهت برای یک سرعت معین N مشخصات یک پمپ می‌تواند بوسیله فصل مشترک سطوح مشخصه با سطح  تعیین گردد. در این صورت در یک سرعت دورانی ثابت خواهیم داشت:

معادلات فوق که به صورت منحنی در روی یک صفحه قابل رسم می‌باشند به نام منحنی های مشخصه توربو پمپها نامیده می‌شوند. نام هریک به ترتیب عبارت است از منحنی مشخصه ارتفاع کل، توان مصرفی، راندمان کل و NPSH که در سرعت دورانی ثابت N تعریف و رسم می‌شوند.

اطلاعات فنی :

نوع پمپ                                                           گریز از مرکز پروانه باز

قطر پروانه                                                            120 میلیمتر

نوع موتور                                                            سرعت متغیر صفر تا 2900دقیقه دور در دقیقه

                                                                        که بوسیله دینامومتر نوسانی تنظیم می‌گردد.

قدرت موتور                                                        2/2 کیلووات در rpm 2900

تغذیه الکتریکی                                                  V 220 یک فاز، 50 تا 60 هرتز

شعاع بازوی گشتاور                                              25/0 متر

دبی روی شکاف 90                                           

که در آن  هد اندازه گیری شده بر حسب متر،  می‌باشد.

افزایش هد کلی پمپ بین ورودی و خروجی اغلب به هد مانومتریک  نامیده می‌شود. قدرت هیدرولیکی خروجی پمپ عبارتست از  که در آن  Q دبی منطبق با هد کلی  می‌باشد.

با مراجعه به شکل 1 و ارتباط دادن انرژیها (هدها) به محور پمپ:

هد کلی مانومتریک :

یا      

قطر و سطح لوله مکش:

قطر و سطح لوله رانش (تخلیه):                                       

از این رو:

قدرت ورودی به پمپ  برابر است با:

افتهای انتقال یا تبدیل انرژی( )- قدرت خروجی موتور ))=

افتهای انتقال شامل قدرت جذب شده بوسیله اصطکاک یاتاقانها، کشش هوا و غیره بوده و بین تجهیزات مختلف و همچنین روی یک تجهیزات و با سرعتهای مختلف تغییر می‌کند. اگر چه، مقدار 1/0 کیلووات بعنوان یک تقریب کلی برای  فرض می‌شود.

 از گشتاور استاتور موتور و سرعت دورانی بدست می‌آید. گشتاور عبارتست از:

که در آن:  جرم بکار رفته در بازوی گشتاور

                 شتاب ثقل

                 طول بازو (متر)= 25/0 می باشد.

پس:

که درآن سرعت دورانی شافت=

سرعت دورانی

بنابراین:

راندمان هیدرولیکی پمپ بوسیله فرمول زیر داده می‌شود:

پارامترهای بدون بعد :

کارائی مقایسه ای ماشینهای روتودینامیک ممکن است با استفاده ازاصول تشابه دینامیکی مورد مطالعه قرار گیرد. پارامترهای هیدرولیکی مهم مؤثر در عملکرد پمپ روتودینامیک ممکن است به فرم تنظیم شده در زیر باشد:

که درآن

دانسیته سیال                                                                                      

ویسکوزیته دینامیکی                                                                             

شتاب ثقل                                                                                         

قطر پروانه                                                                                             

سرعت دورانی                                                                                     

دبی                                                                                                   

هد کل                                                                                                

با استفاده از اصول آنالیز ابعادی و بکار بردن تئوری پی باکینگهام بدست خواهیم آورد:

شرایط تشابه دینامیکی بین ماشینهای مشابه هندسی موقعیکه الگوهای جریان مربوطه بصورت هندسی مشابه هستند برقرار می‌باشد. این تشابه به نوبه خود موقعیکه ترکیبات نیروهای مربوطه دارای یک نسبت باشند برقرار خواهد بود. در صورت ماشینهای روتودینامیکی، نیروهای لزجت فقط یک تأثیر ثانویه روی کارائی خواهند داشت.

از این رو:

این معادله نشان دهنده این است که منحنیهای مشخصه در سرعتهای گوناگون برای یک سری ماشینهای متشابه هندسی موقعیکه روی مختصات بدون بعد  بعنوان عرض و طول بعنوان طول رسم شوند همه به یک منحنی خلاصه می‌گردد.

(1)                                                                                  

 (2)                                                                                

از این رو:

که این عبارت سرعت مخصوص نامیده می شود.

ماشینهای روتو دینامیکی متشابه هندسی موقعیکه در راندمان ماکزیمم کار می‌کنند دارای یک سرعت مخصوص می‌باشند.

سرعت مخصوص همچنین ممکن است برای انتخاب نوع پمپ مورد استفاده قرار گیرد، از این رو ضرورت بدست آوردن راندمان ماکزیمم، تغییرات هد و دبی و همینطور سرعت مخصوص را برای هر نوع محدود می‌کند. جدول زیر طیف سرعت مخصوص مناسب برای سه نوع اصلی پمپ روتو دینامیک را نشان می‌دهد. بیان فیزیکی سرعت مخصوص، همانگونه که از عبارت ریاضی آن می‌توان مشاهده کرد، این است که این سرعت دورانی یک پمپ طبقه بندی شده هندسی است که یک لیتر بر ثانیه را در هد یک متر بدهد. در مورد پمپهای چند طبقه، سرعت مخصوصی که محاسبه می‌شود برای هر طبقه منفرد می‌باشد.

برای ماشینهای هم اندازه معادلات بالا نشان می‌دهد که:

بنابراین، با فرض منحنی هد ـ دبی برای یک پمپ در سرعت مشخص( ) موقعیکه در سرعت دیگر  کار کند، منحنی کارائی می‌تواند از طریق مقایسه ترسیم گردد. نقاط  روی منحنی در سرعت با استفاده از  با استفاده از روابط زیر به نقاط مرتبط  روی منحنی  منتقل می‌گردد:

جریان محوری	جریان مختلط	گریز از مرکز	نوع پمپ
10000-4000	5000-2000	4000-400	محدوده سرعت مخصوص

 ارتباطات سرعت مخصوص/ نوع پمپ :

پمپها در بهره برداری سری یا موازی :

در بهره برداری سری، یک دبی از میان هر دو پم عبور کرده، اما هدها یکدیگر را تقویت می‌کنند. هد کلی که بصورت تئوری افزایش یافته با جمع هد هر پمپ منطبق با دبی مربوطه با یکدیگر بدست می‌آید، اما درعمل افتهای کوچکی در انشعابات شبکه لوله رخ خواهد داد.

راندمان کلی دو پمپ در حالت سری می‌تواند از فرمول زیر بدست آید:

که در آن  به ترتیب عبارتند از هد وراندمان  در دبی Q

از این رو:                                             

در صورتیکه پمپها بصورت موازی به ممتصل شوند، هد در محدوده هر دو پمپ یکی بوده اما دبیهای هر کدام ممکن است متفاوت شود مگر اینکه پمپها یکسان باشند. دبی کل منطبق با هد بخصوص مجموع دبیهای عبور کرده از هر پمپ در آن هد بدست می‌آید:

بنابراین:

5- روش آزمایش:

سیستم در درجه اول با باز کردن تمام شیرها بجز شیر تنظیم آماده گشته و با آب از طریق در پوش مخصوص پرکردن پر شود. این بخصوص مهم است که مطمئن شویم که خطوط متصل به انشعابات فشار به فشارسنج با آب پر شده باشد، پس از آن به اندازه یک ستون هوا در انشعاب بدلیل بلندی فشارسنج در بالای نقطه انشعاب در هد فشاری اشتباه خواهیم داشت.

قبل از راه اندازی پمپها استاتور موتور را با استفاده از وزنه تعادل موازنه کردیم. تراز آب در کانال دسترسی به شکاف V شکل را بنحوی تنظیم کردیم تا این تراز کاملا با رأس شکاف همسطح شد، تأثیر کشش سطحی را بحساب آورده، و فلش عمق سنج را در محفظه آرامش صفر کردیم. موتور را روی سرعت 2800rpm راه اندازی کردیم. هر دو فشارسنج را هواگیری کردیم.

قرائتهای اولیه روی دو فشارسنج مربوطه را یاداشت کردیم و با باز کردن شیر تنظیم، دوباره قرائت‌های فشارها را یادداشت می‌کنیم. این شیر را در فاصله‌های زمانی بنحوی باز می‌کنیم که افزایشهای منظم دبی بدست آید. برای این آزمایش، شیر تنظیم را در هر مرحله 3 دور باز کردیم. فشارسنج کالیبره شده متصل به اریفیس پلیت ممکن است برای نشان دادن موقعیت‌های شیر مورد استفاده قرار گیرد. در هر فاصله زمانی بعد از بالانس کردن الکترومتر و دادن مهلت کافی برای پایدار شدن تراز درون محفظه آرامش قبل از انجام قرائت، هد روی استوانه را با عمق سنج خوانده و یادداشت کردیم. وزنه هایی را برای موازنه مجدد بازوی گشتاور بکار برده و وزن کلی بکار برده شده را یادداشت می‌کنیم.

پس از این مرحله، شیرهای مخصوص به ترکیب نمودن سری و موازی را در حالات خود قرار دادیم و بدین وسیله، ترکیبات سری و موازی را ایجاد نمودیم و مراحل بالا را انجام دادیم.

6- پاسخ سوالات، محاسبات و نتیجه گیری

الف) پمپ شماره 1 :
محاسبات مربوط به مرحله اول است:

Hm-Q   پمپ1

مشاهده می شود که با افزایش دبی، هد پمپ کاهش می یابد.

Pm-Q   پمپ1

 

مشاهده می شود که هر چه توان ورودی پمپ را زیاد کنیم، دبی پمپ نیز زیاد می شود.

η-Q   پمپ1

مشاهده می شود که اگر دبی پمپ زیاد شود، راندمان نیز زیاد می شود تا به max خود برسد ولی از آنجا به بعد، هرچه دبی را زیاد کنیم، راندمان کاهش می یابد.

- پمپ1

 

ب) پمپ شماره 2 :
محاسبات مربوط به مرحله اول است:

Hm-Q   پمپ2

Pm-Q   پمپ2

مشاهده می شود که با افزایش دبی، هد پمپ کاهش می یابد.

مشاهده می شود که هر چه توان ورودی پمپ را زیاد کنیم، دبی پمپ نیز زیاد می شود.

η-Q   پمپ2

- پمپ2

مشاهده می شود که اگر دبی پمپ زیاد شود، راندمان نیز زیاد می شود تا به max خود برسد ولی از آنجا به بعد، هرچه دبی را زیاد کنیم، راندمان کاهش می یابد. 

5-1 و 6-1) 

این سوالات مربوط به حالت ترکیب سری پمپهاست که بررسی می شود:

مشاهده می شود که اگر پمپ ها به صورت سری بسته شوند، دبی ثابت می ماند ولی هدها با هم جمع می شوند.

5-2 و 6-2)  این سوالات مربوط به حالت ترکیب موازی پمپهاست که بررسی می شود:

همانطور که ملاحظه می شود، درپمپهای موازی، هدها با هم برابرند.

مشاهده می شود که اگر پمپ ها به صورت موازی بسته شوند، هد ثابت می ماند ولی دبی ها  با هم جمع می شوند.

7) سرعت مخصوص را برای هر دو پمپ به دست آورید.
تذکر: همانطور که شما گفتید، سرعت مخصوص را برای حالت اول (Step1) بدست می آورم.

8) منحنی مقاومت سیستم و نقطه کار پمپ را توضیح دهید.
مدار پمپی را مطابق شکل بعد در نظر بگیرید. این پمپ، آب را از منبع تحتانی A ، تحت فشار PA و با سرعت VA به منبع فوقانی R با فشار PR و سرعت VR منتقل می کند. در این مدار می توان معادله برنولی را یکبار بین A و دهانه ورودی پمپ و بار دیگر بین دهانه خروجی پمپ و منبع R نوشت، یعنی:

با جمع و مرتب نمودن رابطه فوق میتوان نوشت:

HL مجموع افت فشار در لوله های رانش و مکش است.

سمت چپ معادله فوق، نشان دهنده ارتفاع مانومتریک پمپ ( )است. طرف راست این معادله نیز «مقاومت مدار»خوانده می شود و با مشخص می گردد. بنابراین شرط کار پمپ روی مدار عبارتست از:

یعنی ارتفاع کلی تولیدی یک پمپ برابر است با مقاومتی که مدار در مقابل آن ایجاد می کند. بدین ترتیب در صورت تغییر مقاومت مدار ارتفاع تولیدی پمپ نیز متناسبا تغییر می نماید. این موضوع یکی از مشخصات اصلی توربوپمپ ها است. به همین علت هیچگاه نمی توان گفت که یک توربوپمپ به طور مشخص چه ارتفاع یا دبی را ایجاد می کند. بلکه دبی پمپ دقیقا با مقاومتی که مدار در مقابل آن قرار می دهد تنظیم می گردد.

منحنی مقاومت مدار از دو قسمت تشکیل می گردد: مقاومت دینامیکی و مقاومت استاتیکی

مقاومت دینامیکی مدار تقریبا متناسب با مجذور دبی تغییر می کند و برابر است با:

مقاومت استاتیکی مدار با تغییرات دبی ثابت می ماند و جز ثابت مقاومت مدار را تشکیل می دهد:

در صورتی که منحنی مشخصه مدار HR، و منحنی مشخصه پمپ در یک دستگاه مختصات رسم شوند، نقطه تقاطع دو منحنی، نقطه کار سیستم را روشن می سازد. با مشخص شدن این نقطه، دبی، ارتفاع، راندمان، قدرت جذبی و سرانجام NPSH پمپ معلوم می گردد. واضح است که هر چه نقطه کار سیستم نزدیک تر به نقطه طراحی پمپ قرار گیرد، عملکرد پمپ رضایت بخش تر خواهد بود.

9) در مورد کاربرد انواع پمپ در صنعت، مختصری بنویسید.
در قسمت تئوری توضیح داده شد.

7) خطاها :

الف- رانش سیستم پمپ

ب- دقت پایین مانومتر رانش و حرکت نوسانی شدید آن به دلیل رانش پمپ

ج- وجود هوا در سیستم پمپاژ و همچنین در مانومترها

د- دقت پایین در بالانس کردن الکتروموتور به دلیل نقص کیفی وزنه ها (به عنوان مثال وزنه 5 گرمی نداشتیم).

و- توان تلف شده را حدود 100 وات در نظر گرفتیم، درحالیکه در واقعیت اینطور نیست.

ه- معادله دبی سرریز باید برای ارتفاع های مورد استفاده، از قبل کالیبره گردد. در حالیکه شما این معادله را برای هر ارتفاع دلخواه، ارائه کردید.

تحلیل جانبی قاب ها

 تحلیل جانبی قاب ها

2-الف)قاب خمشی:           برای تحلیل قاب به صورت تقریبی در مقابل بارهای جانبی دو روش وجود دارد:

-روش کانتیلیور       و     روش پرتال

روش کانتیلیور برای قابهای با ارتفاع زیاد(بیش از 5 طبقه) مفید میباشد. در روش پرتال برش هر طبقه به نسبت دهانه های بارگیر هر ستون تقسیم شده و برش ستون مورد نظر در آن طبقه را میدهد و این در صورتیست که در نرم افزارSap برش طبقه به نسبت یکسان در بین ستونهای طبقه تقسیم میشود .بنابراین لنگر وارد بر ستون های هر طبقه در سپ که از حاصلضرب برش ستون ها تا فاصله نقطه عطف ستون تا انتهای گیردار ان میباشد برای ستون های هر طبقه یکسان میباشد

-نقاط عطف ستونها در طبقات در وسط آن تقریب زده میشود و در طبقه همکف به دلیل انتها مفصلی بودن ستون ها در سازه های فلزی برش ستون ها در کل ارتفاع طبقه همکف ضرب میشود تا لنگر وارد بر ستون های قاب تحت بار جانبی تعیین گردد.در تحلیل دستی نیروی محوری ستون ها بجز در ستوهای ابتدایی انتهایی مابقی صفر میباشد.تحلیل جانبی تنها برای قابهای خمشی و از روی برابری ممانهای وارده از برش ستون و تیر های اطراف هر گره تعیین میگردد.

2-ب)قاب مفصلی:

همانطور که گفته شد بدلیل اتصالات مفصلی تبرو ستون ها در فابهای با مهاربندی و جابجایی های زیاد در گره ها مقادیر برش و لنگر ایجاد شده در ستون ها و تیرها تحت بار جانبی بسیار ناچیز است چراکه در قابهای مفصلی نمی توان از روش پرتال یا هر روش تحلیلی دیگر از برابری لنگرها در محل تکیه گاه ها استناد نمود.برای توزیع بار زلزله بین مهاربندها در هر طبقه تفاضل نیروی برشی تراز بالا و پائین (نیروی افقی طبقه) بین مهاربندهای اون طبقه توزیع میشود.در قابهای مفصلی نیروی محوری ستونهای اطراف بادبندی ها ناشی از لنگر وارده از نیروهای جانبی را میبایست محاسبه نمود.که پس از تحلیل بادبند ها و تعیین نیروی محوری آنها میبایست نیروی محوری ستونهای اطراف بادبند ها برای نیروی محوری بوجود آمده در آنها طراحی گردند.

مجموعه های نیرو یا سیستمهای معادل نیروها

فصل دوم:مجموعه های نیرو یا سیستمهای معادل نیروها

     پیش از آغاز بحث اصلی بهتر است مفاهیم مورد نیاز را بررسی کنیم

الف) نیرو:

     کنش یک جسم بر جسم دیگر نیرو تعریف شده است. نیرو یک کمیت برداری است که به دو صورت گسترده و متمرکز اثر می کنند. البته در واقع هر نیروی تماسی، بر روی یک سطح محدود اعمال می شود و در نتیجه، یک نیروی گسترده است. هنگامی که ابعاد سطح مزبور در مقایسه با سایر ابعاد جسم بسیار کوچک باشد، می توان نیرو را یک نیروی متمرکز تلقی کرد و خطایی قابل چشم پوشی را متحمل شد.باید توجه داشت که در هنگام بررسی یک نیرو و اثرات آن باید قانون سوم نیوتن را در نظر داشته باشیم.

ب) گشتاور یا لنگر:

     علاوه بر اینکه نیرو تمایل دارد یک جسم را در امتداد خط اثر خود جابه جا کند، این امکان نیز وجود دارد که بخواهد جسم مزبور را حول یک محور به دوران درآورد. مثلا در هنگام استفاده از آچار با اعمال نیرویی بر دسته ی آچار پیچ در سر آن می چرخد.

     لنگر یک نیرو حول یک نقطه برداری است که اولا امتدادش عمود بر صفحه ی نیرو و نقطه است ثانیا از معادله ی برداری زیر پیروی کند:

     (1-2)

     برداری است که ابتدای آن به اصطلاح محل لنگرگیری و انتهای آن یک نقطه ی دلخواه   rبردار

  بر روی خط اثر نیرو است.

      شکل 2-1

لنگر را با علامات زیر نشان می دهند:

                                                                                                                    

مثال 2-1) مطلوبست لنگر نیروهای  F1 و F2  حول نقطه ی A.

                                     شکل 2-2        

که در آن ө زاویه ی نیروی دوم با محور تیر است.

مثال 2-2) در شکل زیر مطلوبست گشتاور نیروی T حول نقطه ی C.

T | = 210 |

برای اینکه راستای نیروی T مشخص شود باید از بردار  (یکه در امتداد BE) استفاده کنیم.

B(3,6,0) , E(6,0,2) , C(0,2,3)

è CB= (3, 4,-3)

.0.42,-0.85,0.28)                                                          )=è BE= (3,-6, 2) è

 è                  

ازاین مثال به وضوح در میابییم که حل مساله به شکل برداری بسیار راحتتر از حل آن به طریق مثلثاتی است.

قضیه وارینون:

     گشتاور یک نیرو حول هر نیرو، مساوی با مجموع گشتاورهای مولفه های آن نیرو حول همان نقطه می باشد.

                     شکل 2-3                                                                 

اثبات: فرض کنیم که به جسم نامشخص m نیروی R اثر می کند، داریم:

لنگر یک نیرو حول یک محور:

     برای به دست آوردن لنگر یک نیرو حول یک محور کافی است لنگر آن نیرو را حول یکی از نقاط روی محور به دست بیاوریم سپس بردار به دست آمده را در بردار یکه ی محور ضرب داخلی نماییم که حاصل آن یک عدد است(در واقع تصویر بردار لنگر در امتداد آن محور).

                                          شکل 2-4                                 

(2-2)

مثال 2-3) مطلوبست لنگر نیروی F  حول محور BC در شکل زیر:

F=10i+6j

A (2, 6, 0), B (6, 10,-3), C (-3,-12, 6)

د) کوپل نیرو:

     لنگری که توسط دو نیروی مساوی ولی با جهت مخالف هم، به وجود می آید را زوج نیرو یا کوپل می گویند.در شکل زیر می خواهیم گشتاور زوج نیروی F و –F را حول مرکز گشتاورگیری دلخواهی به دست بیاوریم:

 

بنابراین:

1. کوپل نیرو از جنس لنگر است. البته این از ابتدا هم قابل تشخیص بود زیرا این دو نیرو در هر راستایی یکدیگر را خنثی می کنند و فقط اثر دورانی بر جسم باقی می گذارند.
2. مستقل از نقطه ی A می باشد. یعنی حاصل کار برداری است که مستقل از نقطه ی مرجع می باشد(بردار آزاد).
3. می توان هر لنگری را ناشی از یک کوپل فرضی در نظر گرفت.

سیستمهای معادل نیروها:

     حال می خواهیم شرایطی را در نظر بگیریم که اگر یک عامل خارجی از قبیل نیرو یا لنگر بر یک نقطه جسم اثر کند این عامل در نقطه های دیگر جسم (یا فضا)چه اثری دارد.برای این کار با استفاده از شکل 2-7 داریم:

در شکل ب در نقطه ی B دو نیروی فرضی یکی موازی و همجهت با F و دیگری موازی و خلاف جهت با آن را در نظر می گیریم.سپس به طور فرضی نیروها را جدا می کنیم و نیروی  (-F) را با نیروی F درA در نظر می گیریم.این دو یک کوپل را تشکیل می دهند بنابراین در کل می توانیم نیروی F در A  را با نیروی F و یک کوپل که از رابطه ی 2-4 به دست می آید،در نقطه ی B جایگزین کنیم. بنابراین توانستیم اثر یک عامل خارجی را در نقطه ای غیر از نقطه ی تحریک به دست بیاوریم. این عمل به اصل انتقال مشهور است.

     باید توجه داشته باشیم که در این حالت M بر r,F عمود است.همچنین این بحث به زمانی مربوط است که تعادل کلی و رفتار کلی جسم مد نظر است وگرنه در حالت کلی مجاز به استفاده از اصل انتقال نیستیم.

     حال مساله را گسترش می دهیم و تحریک چند عامل خارجی که همگی از هم مستقل هستند را بررسی می کنیم. برای این کار و با استفاده از شکل 2-8 داریم: 

  که Fr , Mr  از روابط زیر به دست می آیند:   

به این سیستم، سیستم معادل نیروها در A که یک نقطه ی دلخواه می باشد گفته می شود.

مثال 2-4) با توجه به شکل سیستم معادل در نقطه ی A را به دست بیاورید؟

D(10,0,0), C(10,-8,0) , B(10,-8,8), |F|=100 , F || (-7i-10j+8k)

حال می خواهیم در مورد ساده ترین سیستم معادل نیروها بحث کنیم. برای بحث در مورد ساده ترین سیستم معادل نیروها ابتدا سیستم معادل نیروها را در یک نقطه ی دلخواه به دست آوریم سپس بنابر موقعیت لنگر و نیرو (زاویه ی بین آنها) مساله به چند دسته تقسیم می شود:

الف) نیروهای متقارب: یعنی مجموعه نیروها در یک نقطه اثر کنند و اثری هم از لنگر نباشد در این صورت:

بنابراین ساده ترین سیستم معادل نیروها در محل تقارب نیروها وجود دارد.

ب) نیروهای صفحه ای: در این صورت کلیه ی نیروها بر روی صفحه ای مشخص قرار دارند و کلیه ی لنگرها عمود بر این صفحه هستند. توجه کنید که انتخاب محورهای مختصات بنابر شرایط مساله می باشد.

توجه داریم که r×F  در امتداد Z و M نیز در همین امتداد است.

     بنابر اصل انتقال نیروها و مفهوم آن می توانیم این دو بردار را به گونه ای منتقل کنیم که لنگر به طور کلی از بین برود و تنها یک مولفه ی نیرو باقی بماند.

مثال 2-5) با توجه به شکل زیر مطلوبست:

الف) سیستم معادل در مبدا مختصات.

ب) ساده ترین سیستم معادل نیروها.

محل اثر F1 (0و2و8) و محل اثر F2 (0و3و5).

ب) چون   ، پس می توان نقطه ای یا مکان هندسی نقاطی از فضا را یافت که هرگاه FR را به آنجا منتقل کنیم لنگر کلی خنثی گردد. یعنی اگر فرض کنیم که این نقطه دارای بردار مکان r از مبدا مختصات باشد بنابر مطالب بالا باید داشته باشیم:                                                                     

(در این مثال مکان هندسی در صفحه ی Z=0 قرار دارد)r=xi+yj                                                     

بنابراین:

پس مکان هندسی مزبور،خط به دست آمده است.

ج) سیستم نیروهای عمود بر صفحه:

     این سیستم مانند سیستم نیروهای صفحه ای است با این تفاوت که کلیه ی لنگرها بر روی یک صفحه و کلیه ی نیروها عمود بر این صفحه ی مشخص قرار دارند.

در مورد MR گفتنی است چون کلیه ی r×F در امتداد (i,j) و کلیه ی M ها هم فقط مولفه ی i,j دارند. بنابراین:

پس مانند گذشته می توان مکان هندسی نقاطی از صفحه را به دست آورد که با انتقال نیرو به آنجا لنگر حذف گردد.

مثال 2-6) ساده ترین سیستم معادل را برای شکل زیر به دست آورید؟

حل:                                                                                                   

و محل اثر نقطه ی مزبور است.

د) ساده ترین سیستم در حالت کلی:

     تا اینجا مواردی را بررسی کردیم که بردارهای نیرو و لنگر شرایط خاصی نسبت به هم داشتند. حال مساله ای را در نظر می گیریم که این شرایط حذف شده و سیستم معادل نیروها در یک نقطه دارای هیچ شرایط خاصی نیست. برای این منظور شکل زیر را در نظر می گیریم:

حال دو بردار FR و MR را در نظر می گیریم. لنگر را به دو مولفه یکی در راستای نیرو و دیگری عمود بر آن تجزیه می کنیم. در این صورت می توانیم با انتقال نیرو به مکان مناسب و استفاده از اصل انتقال مولفه ی عمودی لنگر را خنثی کنیم. به این حالت که فقط نیرو و مولفه لنگر موازی با آن باقی می ماند رنچ     (wrench) گفته می شود.رنچ منفی حالتی است که این دو مولفه ی موازی دارای جهتهای مخالف باشند.

با به دست آوردن بردار M2 می توانیم موقعیت نقطه ی B (محل اثر رنچ) را به دست آوریم.

مثال 2-7) مطلوبست رنچ معادل برای شکل زیر. شکل مکعب مربع به ضلع a می باشد و اندازه ی کلیه ی نیروها برابر p در راستای محورهای مختصات است.

ابتدا سیستم معادل را در مبدا به دست می آوریم:

مثال 2-8) در شکل زیر می خواهیم تمام نیروها را با سه نیروی F1,F2,F3 جایگذین کنیم.اندازه ی این نیروها را به دست بیاورید.وزن مخصوص جسم ثابت و برابرN/m3  10می باشد.ضخامت ثابت و برابر 0.25 متر می باشد.(راهنمایی: مرکز جرم مثلث در a/3,b/3 از اضلاع مقابل وتر است.)

F4 = -50kو در (0و1و1)،-36k  =F5 ،F6 =-16k ،  F7 =-30k و F6 ,F5  در میان ضخامت وارد می شوند و M1 = 50j

ابتدا مختصات نقاطی که نیروهای وزن و نیروی 36 و16 نیوتنی وارد می شوند را محاسبه می کنیم:

 Arctg (3/4) =36.86˚= زاویه ی نشان داده شده در شکل=ө

وزن مستطیل نشان داده شده در شکل 2-18 برابر 1×10×0.25×10 می باشد که در نقطه ی D وارد می شود. همچنین وزن مثلث نشان داده شده در همان شکل برابر 3×4×0.5×10 می باشد که در نقطه ی C وارد می شود. اگر f را نشانه ی سیستم اولیه (first) و s را نشانه ی سیستم ثانویه(second) در نظر بگیریم باید معادلات زیر برقرار باشند:

ساختمانهای فلزی

ساختمانهای فلزی

درس: کارگاه آرماتور و قالب بندی

   مراحل ساخت فنداسیونهای اسکلت فلزی

نکات اجرایی زیرسازی پی

فرض کنید یک پروژه اسکلت فلزی را بخواهیم به اجرا درآوریم، مراحل اولیه اجرایی شامل ساخت پی مناسب است که در کلیه پروژه ها تقریباً یکسان اجرا می شود، اما قبل از شرح مختصر مراحل ساخت پی، باید توجه داشت که ابتدا نقشه فنداسیون را روی زمین پیاده کرد و برای پیاده کردن دقیق آن بایستی جزئیات لازم در نقشه مشخص گردیده باشد. از جمله سازه به یک شبکه متشکل از محورهای عمود بر هم تقسیم شده باشد و موقعیت محورهای مزبور نسبت به محورها با نقاط مشخصی نظیر محور جاده، بر زمین بر ساختمان مجاور و غیره تعیین شده باشدمعمولاً محورهای یک امتداد با اعداد 1، 2، 3 و .... شماره گذاری می شوند و محورهای امتداد دیگر با حروف Aو BوC.... مشخص می گردند؛ (مطابق شکل زیر)

 

همچنین باید توجه داشت- همان گونه که در شکل مشخص شده است – ستونها و فنداسیونهایی را که وضعیت مشابهی از نظر بار وارد شده دارند، با علامت یکسان نشان می دهند: ستون را با حرف C و فنداسیونها را با حرف F نشان می دهند ترسیم مقاطع و نوشتن رقوم زیر فنداسیون، رقوم روی فنداسیون، ارتفاع قسمت های مختلف پی، مشخصات بتن مگر، مشخصات بتن، نوع و قطر و طول کلی که برای بریدن میلگردها مورد نیاز است باید در نقشه مشخص باشد(مطابق شکل)

 

قبل از پیاده کردن نقشه روی زمین چه کاری باید انجام داد؟ اگر زمین ناهموار بود یا دارای گیاهان و درختان باشد، باید نقاط مرتفع ناترازی که مورد نظر است برداشته شود و محوطه از کلیه گیاهان و ریشه ها پاک گردد.

حال تصمیم داریم نقشه فنداسیون اسکلت فلزی را پیاده کنیم، به نظر شما ابتدا چه باید کرد؟ شمال جغرافیایی نقشه را با جهت شمال جغرافیایی محلی که قرار است پروژه در آن اجرا شود، منطق می کنیم( به این کار«توجیه نقشه» می گویند) پس از این کار، یکی از محورها را( محور طولی یا عرضی) که موقعیت آن روی نقشه مشخص است، بر روی زمین، حداقل با دو میخ در ابتدا و انتها، پیاده می کنیم به این امتداد «محور مبنا» گفته می شود؛ حال سایر محورهای طولی و عرضی را از روی محور مبنا مشخص می کنیم( به وسیله میخ چوبی یا فلزی روی زمین، مطابق شکل)

 

فرض کنید بخواهیم محل فنداسیونها را خاکبرداری کنیم، به چه چیز نیازمندیم؟ جواب: ارتفاع خاکبرداری . حتی اگرزمین دارای پستی و بلندی جزئی باشد، چه چیز دیگری مورد نیاز است؟ جواب: نقطه ای که به صورت مبنا ) B.M) باید در محوطه کارگاه مشخص شود( این نقطه به وسیله بتن و میلگرد در نقطه ای که دور از آسیب باشد، ساخته می شود).

نکات فنی و اجرایی مربوط به گودبرداری (خاکبرداری)- داشتن اطلاعات اولیه از زمین و نوع خاک از قبیل: مقاومت فشاری نوع خاک بویژه از نظر ریزشی بودن، وضعیت آب زیرزمینی، عمق یخبندان و سایر ویژگیهای فیزیکی خاک که با آزمایش از خاک آن محل مشخص می شود، بسیار ضروری است.

در گودبرداری پیهنگام اجرای زیرزمین ممکن است جداره ریزش کند تا اینکه زیر پی مجاور خالی شود که با وسایل مختلفی باید شمع بندی و حفاظت جداره صورت گیرد؛ به طوری که مقاومت کافی در برابر بارهای وارده داشته باشد یکی از راه حلهای جلوگیری از ریزش خاک و پی ساختمان مجاور، اجرای جزء به جزء است که ابتدا محل فنداسیون ستونها اجرا شود و در مرحله بعد، پس از حفاری تدریجی، اجزای دیگر دیوار سازی انجام گیرد.

 

نکات فنی و اجرایی مربوط به خاکریزی و زیرسازی فنداسیون- چاههای متروکه با شقیقه مناسب پر می شوند و در صورت برخورد محل با قنات متروکه، باید از پی مرکب یا پی تخت استفاده کرد یا روی قنات را با دال بتن محافظ پوشاند.

از خاکهای نباتی برای خاکریزی نباید استفاده کرد. ضخامت قشرهای خاکریز برای انجام تراکم cm15 تا cm 20 است. برای انجام تراکم باید مقداری آب به خاک اضافه کنیم و با غلتکهای مناسب آن را متراکم نماییم؛ البته خاکریزی و تراکم فقط برای محوطه سازی و کف سازی است و خاکریزی زیر فنداسیون مجاز نمی باشد.

در برخی موارد، برای حفظ رقوم زیر بتن مگر، ناچار به زیر سازی فنداسیون هستیم، اما ممکن است ضخامت زیرسازی کم باشد(حدود cm 30 ) دراین صورت می توان با افزایش ضخامت بتن مگز زیر سازی را انجام داد و در صورت زیاد بودن ارتفاع زیرسازی، می توان با حفظ اصول فنی لاشه چینی سنگ با ملات ماسه سیمان انجام داد.

نکات فنی اجرایی بتن مگر

بتن با عیار کم سیمان زیرفنداسیون- که «بتن نظافت» نیز نامیده می شود- معمولاً به ضخامت 10 تا cm 15 بزرگتر از خود فنداسیون ریخته می شود.

نکات فنی و اجرایی قالب بندی فنداسیون

- قالب بندی باید از تخته سالم بدون گره به ضخامت حداقل cm5/2 یا ورقه های فلزی صاف یا از قالب آجری (تیغه cm 11 آجری یا 22 با اندود ماسه سیمان برای جلوگیری از خروج شیره بتن) صورت گیرد. لازم به یادآوری است که برای پی های عادی می توان با قرار دادن ورقه پلاستیکی (نایلون) در جداره خاکبرداری ازآن به عنوان قالب استفاده کرد.

نکات فنی و اجرایی آرماتوربندی

کلیه ضواب فنی و اجرایی عملیات آرماتوربندی که در دروس تکنولوژی و کارگاهی ذکر شده است، باید رعایت گردد.

- فاصله میله گردها تا سطح آزاد بتن در مورد فنداسیون نباید از cm4 کمتر باشد.

نکات فنی و اجرایی مربوط به بتن ریزی

کلیه نکات فنی و اجرایی مربوط به بتن ریزی که در درسهای تکنولوژی بتن و ساختمانهای بتنی و تکنولوژی ذکر شده است، باید در نظر گرفته شود.

 

ساختمانهای فلزی

 

 مزایا و معایب ساختمانهای فلزی

منظور از ساختمان فلزی ساختمانی است که ستون ها ویژه های اصلی آن از     پروفیل های مختلف فلزی بوده و بار سقفها و دیوارها و جدا کننده ها به وسیله تیرهای اصلی به ستون منتقل شده و وسیله ستونها به زمین منتقل گردد.

1-          اجرا این نوع ساختمانها خیلی سریع پیشرفت می نماید. در صورتی که برای ساختمانهای بتونی یا آجری زمان بیشتری لازم است.

2-     ستون ها و قطعات باربر ساختمانهای فلزی فضای کمتری را اشغال می نماید و این خود باعث به وجود آمدن سطح مفید زیادتر در ساختمانهای فلزی می گردد در صورتی که برای ساختمانهای بتونی مرتفع ناچار به ایجاد ستونها و دیوارهای قطور می باشیم.

3-        ساخت قطعات ساختمانهای فلزی در خارج از محوطه کارگاه( مثلاً درکارخانه های فلز کاری) ممکن بود . این خود از لحاظ دقت کار و کیفیت بهتر قطعات و همچنین از لحاظ اقتصادی به صرفه می باشد.

4-  ساختن ساختمانهای فلزی( البته فقط در قسمت فلزکاری) کمتر تابع آب و هوا و عوامل جوی می باشد. در صورتی که ادامه کار ساختمانهای بتونی در هوای زیر صفر ممکن نیست. بعضی از آئین نامه ها جوشکاری و چکش کاری را در هوای خیلی سرد اجازه نمی دهند.

5-  امکان تقویت ساختمان بعد از اتمام کار و بالاخره نزدیک بودن فرضیات با عمل در ساختمانهای فلزی ارزیابی آن می باشد.

زیرا بعضی از فرضیات ساختمانهای بتونی می کنیم به سختی با عمل وفق می دهد . از جمله همگن بودن بتون و فولاد مساوی بودن تنش و کرنش این دو ماده همگن نیستند ولی درساختمان های فلزی چون از یک ماده استفاده می نمائیم فرضیات به عمل نزدیکتر است.

اینها از مزایای ساختمان های فلزی است و در عوض این نوع ساختمانها در مقابل آتش سوزی بسیار ضعیف بوده و با کوچکترین حریقی که در کنار ستونها ایجاد شود فوری فولاد گداخته شده و درمقابل بار وارده کمانش نموده و به سرعت ممانهای موجود در قطعات افزایش یافته و ساختمانهای فلزی مجبور هستند برای ساختمان خود پله های بتونی ایجاد نمایند تا در موقع آتش سوزی ساکنان ساختمان بتوانند خود را نجات دهند.

ساختمانهای فلزی در مقابل عوامل جوی و خورندگی بسیار ضعیف بوده و به همین علت دارای عمر کوتاهتری می باشند و بالاخره به علت نازکی دیوارها ساختمان فلزی در مقابل حرارت و صوت عایق نیست.

  پی سازی در ساختمانهای فلزی

در ساختمانهای فلزی بیشتر از پی نقطه ای استفاده می نمایند و در زمین های سست و ساختمانهای بسیار سنگین از پی های سراسری ( رادیه ژنرال) هم استفاده می کنند.

     پی های نقطه ای

پی های نقطه ای برای ساختمانهایی که در آن به طور متمرکز (نقطه ای ) به زمین منتقل می شود ساخته می گردد مانند ساختمانهای فلزی و یا ساختمانهای بتونی لایه های    پی های تکی یا نقطه ای به شرح زیر است:

1-    زمین مناسب

2-  بتن مگر

3- میله گردهای کف پی

4-  بتون اصلی

5-   صفحه زیر ستون با میلگردهای ریشه

پی های تکی معمولاً با ابعادی که به وسیله مهندس  محاسب با توجه به قدرت مجاز تحملی زمین و بار ستون تعیین می گردد. ساخته می شود این گونه پی ها را اغلب با بتون مسلح می سازند.

بتونی( مسلح می گویند که داخل آن قطعات فولادی به کار رفته باشد.) این قطعات معمولاً میله گرد آجدار و یا ساده می باشد.

 

1- زمین مناسب

زمینی برای پی سازی مناسب است که قدرت مجاز آن تاب تحمل وزن ساختمان را داشته باشد. در ساختمانهای بزرگ این قدرت مجاز به وسیله آزمایشات مکانیک خاک تعیین می گردد. و در ساختمانهای کوچک باید با آزمایشات محلی که در بخش های گذشته توضیح داده شده است قدرت مجاز خاک را تعیین نمود. در هر حال در موقع پی سازی باید سطح زیر پی کاملاً صاف و تقریباً تراز بوده و عاری از خاشاک و یا هر نوع عوامل خارجی باشد و باید پی سازی مستقیماً از روی خاک طبیعی شروع شود.

2- بتن مگر

به آن بتن لاغر یا بتن کم سیمان هم می گویند. اولین قشر پی سازی در پی های نقطه ای می باشد مقدار سیمان در بتن مگر در حدود 100 الی 150 کیلوگرم در متر مکعب است. در پی های نقطه ای بتن مگر به دو دلیل مورد استفاده قرار می گیرد.

1-    برای جلوگیری از تماس مستقیم بتن اصلی پی با خاک

2-  برای رگلاژ کف پی و ایجاد سطح صاف برای ادامه پی سازی

ضخامت بتن مگر در حدود 10 سانتی متر می باشد و معمولاً قالب بندی( چوبی یا آجری) از روی بتن مگر شروع می شود.

3- میلگردهای  کف پی

اصولاً بتن نیز مانند سایر مصالح ساختمانی در مقابل نیروهای کششی ضعیف بوده و در محل تارهای کششی ترک هایی در آن ایجاد می شود. لذا برای جلوگیری از ترکیدن بتن در محل تارهای کششی میلگردهای فولادی قرار می دهند.

فولاد آلیاژی است که از دو عنصر اصلی آهن و کربن و عناصر فرعی دیگری تشکیل گردیده است. مقدار کربن این آلیاژ بر حسب نوع فولاد از 2/0 الی 3/0 درصد در آهن متغیر می باشد. در بتن فولاد به صورت میلگردهای ساده به علامت( )و یا میل گردهای آجدار با علامت مصرف می شود میلگرد را با قطر آن می خوانند. با سیستم متر یک میلگرد با قطرهای 0، 2، 3، 4، 5، 6، 8، 10، 12، 14، 16، .....، 50 وجود دارد.

تارهای کششی در پی های نقطه ای در کف پی بوده و میلگردها را در دو جهت به صورت مشبک( در حدود 5 سانتی متر بالاتر از کف ) روی بتن مگر قرار می دهند به طوری که در موقع بتن ریزی این شبکه کاملاً در بتن غرق بشود و یا می توان ابتدا در حدود 5 سانتی متر در کف پی بتن ریخت و بعد این آرماتورها را روی آن قرار داده و بتن ریزی را تا ضخامت تعیین شده در نقشه ادامه داد ولی این کار همیشه ممکن نیست زیرا اغلب مواقع وجود شبکه های شناژ مانع این کار می گردد، محل برخورد آرماتورهای چپ و راست را باید با مفتولهای غیر فلزی 3 یا 4 به یکدیگر متصل نمود. باید توجه داشت که سر کلیه آرماتورها به صورت چنگک خم شده و یا به صورت گونیا برگردانیده شود.

 

باید دقت شود کلیه محلهای برخورد میلگردهای چپ و راست با مفتول بسته شود. طول d و شعاع R نسبت به نمره میلگردهای مختلف متفاوت است و طبق آئین نامه و محاسبه برای میلگردهای مختلف تعیین می گردد باید توجه داشت که هیچ وقت میلگردهایی که در داخل بتن قرار می گیرد نباید رنگ آمیزی شده و یا به روغن آغشته شود زیرا در این صورت رنگ روی میلگردها مانع چسبیدن بتن و فولاد به یکدیگر می گردد. باید دقت نمود میلگردهای مصرفی صاف و بدون انحنای موضعی باشد.

فاصله میلگردها باید یکنواخت باشد( در حدود 10 سانتی متر) به طوری که بزرگترین دانه بتن به راحتی از داخل آن رد بشود. در موقع بتن ریزی باید دقت شود که بتون پی یا ستون و یا دال بتونی کاملاً یکپارچه و توپر و متراکم بوده و در آن حفره های خالی وجود نداشته باشد(که مو نباشد) برای این کار اغلب از ویبراتور استفاده می نماید.

ویبراتور موتور برقی یا بنزینی کوچک که در بتن تولید ارتعاش نموده و بتون را به تمام گوشه های قالب هدایت می نماید. و در نتیجه مانع ایجاد فضای خالی در داخل بتن  می گردد. ولی باید توجه داشت که اگر بتنی را بیش از حد لازم ویبره نماییم دانه های درشت تر آن در زیر قرار گرفته و دانه های ریزتر و همچنین دوغ آب سیمان در رو قرار می گیرد. که این خود باعث غیر یکنواختی و ضعف قطعه بتنی می گردد.

بهتر است در صورت امکان همزمان با بتن ریزی با تکه ای میله گرد و یا سر تیر باریکی از جنس چوب بتن کوبیده شود و یا با نواختن ضربه های ملایم به پشت قالب چوبی بتن را ویبره نماییم قبل از بتن ریزی باید محل پی را قالب بندی نمود این قالب بندی که به آن کفراژ هم گفته می شود ممکن است از چوب (تخته به ضخامت 2 الی 5/2 سانتی متر که در بازار به چوب روسی معروف است) یا فلز باشد. در بعضی از ساختمانها قالب را با تیغه های آجری درست می کنند قالبهای آجری از لحاظ سرعت کار و اقتصادی مقرون به صرفه می باشد ولی به علت آنکه آجر آب بتون مجاور خود را به سرعت مکیده و آن را خشک کرده و مانع فعل و انفعال شیمیایی تدریجی آن گشته و در نتیجه بتن مجاور قالب به استقامت دلخواه نمی رسد. بدین لحاظ باید در موقع استفاده از قالب آجری ابعاد پی را حدود 5 سانتی متر از هر طرف  بیشتر از ابعاد محاسبه نمود، و یا روی آجر را با ورقه های پلاستیک پوشانید تا آجر مستقیماً با بتن در تماس نباشد در صورت اخیر باید دقت شود که لبه های ورقه پلاستیک روی کف فونداسیون قرار نگیرد زیرا در این صورت این پلاستیک مانع چسبیدن و یکپارچگی بتن جدید به بتون مگر می گردد.

ممکن است چنین تصور شود که می توان بلافاصله قبل از بتن ریزی به وسیله آب پاشی دیوار آجری را سیراب نموده در نتیجه مانع آن بشویم که آجر آب بتن مجاور خود را بمکد و آن را پوک نماید ولی چون در اثر این کار همیشه مقدار زیادی آب در محل پی جمع می شود و حجم این آب مقداری از فضای پی را اشغال کرده و مانع رسیدن بتون به تمام پی شده و پس از خشک شدن فضای خالی در کف پی به وجود آمده و در نتیجه نقطه ضعفی در آن ایجاد می نماید. یادآور می گردد که به واسطه وجود آرماتورهای کف پی جمع آوری آب ریخته شده در کف پی بسیار مشکل بلکه غیر ممکن می باشد. چنانچه برای بتن ریزی از قالب چوبی استفاده شود بهتر است قبل از بتن ریزی سطح تماس قالب با بتون را با دقت سیاه و یا روغن های دیگر چرب نمود تا در موقع باز کردن قالب به راحتی از بتن جدا شود. این روغن مالی و همچنین سایر روغن مالی های کفراژ می باید قبل از کفراژ بندی انجام شود زیرا اگر بعد از بستن قالب بخواهیم آن را روغن مالی کنیم ممکن است میلگردهای بسته شده و به روغن آغشته گردد که این خود مانع چسبیدن بتون و فولاد و یکپارچگی آنها می گردد.

      4- بتن اصلی

بتن از مخلوط شن و ماسه و سیمان و آب تشکیل می گردد.

       شن و ماسه

در موقع انتخاب مصالح سنگی (شن و ماسه) باید توجه داشت که دانه های عاری از کلوخه و خاک و مواد آلی بوده و در مجاورت یکدیگر فعل و انفعال شیمیایی نداشته باشد. برای تهیه بتن مناسب ابتدا باید قطر و درصد مناسبی از هر دانه را تعیین نمود برای این کار وزن معینی از مخلوط شن و ماسه را که نماینده کلیه شن و ماسه مورد مصرف باشد. انتخاب نموه و آن را روی غربالهایی با سوراخ های متفاوت ریخته و مقدار باقی مانده روی هر الک را وزن نموده و درصد آن نسبت به وزن کل اولیه تعیین   می نمایند. سپس اطلاعات بدست آمده را طبق شکل روی منحنی می برند.

شاخه افقی این منحنی اندازه سوراخهای الکها را تعیین نموده و شاخه عمودی آن درصد وزنی مانده روی هر الک را مشخص می نماید. آئین نامه های بتون تفاوت جزئی بین منحنی بدست آمده با منحنی استاندارد را مجاز دانسته و تفاوت بیشتر از آن مردود می دانند بعضی ازمؤسسات تحقیقی مانند مؤسسه آشو تالبهایی پیشنهاد نموده اند که در آن منحنی دانه بندی شن و ماسه از دو خط تقریباً موازی هم تشکیل شده است چنانچه منحنی شن و ماسه به دست آمده بین دو منحنی فوق واقع شود این شن و ماسه مورد قبول است و در صورتی که خارج از دو منحنی واقع شود این شن و ماسه مردود می باشد شن و ماسه مورد مصرف برای بتن ریزی می تواند شن و ماسه شکسته و یا شن و ماسه رودخانه باشد. شن و ماسه رودخانه ای گرد گوشه بوده و قبل از مصرف باید حتماً شسته شود تا خاک ( دانه های بسیار ریز) داخل آن جدا گردد، ولی شن و ماسه شکسته تیز گوشه  می باشد و ابعاد آن مطابق دلخواه تهیه گردیده و فاقد خاک بیش از اندازه است.

به طور کلی برای تعیین درصد دانه ها در بتون چنانچه جدولهای استاندارد در دسترس نباشد بهتر است با سیمان ثابت و درصدهای مختلفی از شن و ماسه مکعب هایی از بتن تهیه نموده و پس از 28 روز آن را با دستگاه پرس خرد نموده و مقاومت هر قطعه را تعیین کرده و درصد مطلوب مخلوط کردن شن و ماسه را بدست آورد معمولاً برای تهیه نمونه بتن از قالبهایی به ابعاد 20×20×20  که مبنای سنجش بتون می باشد استفاده می نمایند. در مورد شن و ماسه در بخش ساختمانهای بتونی توضیح بیشتری داده خواهد شد.

      سیمان

برای مصارف مختلف سیمان انواع مختلفی دارد برای بتن ریزی در شرایط معمولی از سیمان پرتلند( نام محلی در انگلستان) استفاده می نمایند. مواد متشکله سیمان پرتلند عبارت است از حدود 65 درصد آهک و بقیه 35 درصد آن تشکیل شده است از سیلسین و اکسید آکومونیم و اکسید آهن و غیره که پس از پختن  و آسیاب کردن در حدود 2 درصد هم به آن گچ اضافه  می نمایند.

قطر دانه های سیمان در حدود 2 میکرون است هر قدر دانه های سیمان درشت تر باشد سیمان نامرغوب تر می باشد. چنانچه قطعه بتنی در معرض خورندگی شیمیایی قرار داشته باشد باید از سیمانهای مخصوص استفاده نمود مانند سیمانهای ضد سولفات برای پایه پلهایی که در مجاورت آبهای سولفاته ساخته   می شود و همچنین سیمانهای ضد اسید و یا ضد آب( واترپروف) و غیره که هر کدام در محل مخصوصی مورد مصرف دارند. انواع دیگری از سیمان از لحاظ رنگ و مواد متشکله آن وجود دارد که در سنجش ساختمانهای بتونی درباره آن توضیح داده خواهد شد.

بتون از لحاظ سیمان مصرفی به 6 طبقه ی زیر تقسیم می شود.

1-    با 350 کیلوگرم سیمان در متر مکعب شن و ماسه

2-  با 300 کیلوگرم سیمان در متر مکعب شن و ماسه

3- با 250 کیلوگرم سیمان در متر مکعب شن و ماسه

4-  با 200 کیلوگرم سیمان در متر مکعب شن و ماسه

5-  با 150 کیلوگرم سیمان در متر مکعب شن و ماسه

6-  با 100 کیلوگرم سیمان در متر مکعب شن و ماسه

بتن طبقه 5 و 6 را بتن مگر نیز می گویند.

ممکن است طبقات بتن را به نامهای A و B و C وD وE و F هم بخوانند از آئین نامه ها تا 400 کیلوگرم سیمان، سیمان در متر مکعب را هم مجاز دانسته اند و آنرا باعث استحکام بیشتر بتن  می دانند ولی مصرف سیمان، سیمان بیشتر از 400 کیلوگرم باعث کاهش استحکام آن می گردد. چنانچه مقدار زیادی بتن ریزی داشته باشیم باید از بتونیر استفاده نمود بتونیر دستگاهی است که در آن اجزاء تشکیل دهنده بتن به خوبی مخلوط می شود.

       آب

آب مصرفی در بتن باید پاک و زلال بوده و فاقد عناصر ترکیب شونده با سیمان و       دانه های تشکیل دهنده بتن باشد. بطور کلی می توان گفت آبی برای بتون مناسب است که قابل خوردن باشد. آب در بتن دارای سه نقش اساسی می باشد.

1-    در مجاورت آب سیمان شروع به فعل و انفعالات شیمیایی نموده و تشکیل سیلیکات و آکومونیاتهای کلسیم متبلور را می دهد که اساس گرفتن و سخت شدن بتن است مقدار آب برای این منظور در حدود 20 الی 25 درصد وزن سیمان می باشد.

2-  آب سطح دانه های سنگی را تر نموده و باعث لغزش آنها بر روی یکدیگر     می گردد، بدیهی است هر قدر سطح مخصوص (سطح واحد وزن) دانه ها بیشتر باشد یعنی هر قدر دانه ها ریزتر باشد. آب بیشتری در این قسمت مصرف می شود.

3- آب باعث روانی کردن بتن می گردد تا بهتر بتوان بتن را حمل نموده و در قالب ریخته و آنرا به شکل قالب در آورد بدیهی است فقط آب قسمت اول در بتن باقی می ماند و آب قسمتهای 2 و 3 به مرور زمان تبخیر شده و جای آن به صورت سوراخهای مویی باقی خواهد ماند که این خود باعث ضعف بتن         می گردد، به همین علت آب داخل بتن نباید از حد لازم بیشتر باشد.

     5- صفحه زیر ستون

چنانچه پی ریخته شده جهت ستون بتنی باشد میله گردهای عمودی که قسمتی  از آن خارج از پی قرار گرفته باشد در بتن پی قرار می دهند. و آرماتورهای ستون را با آن   می بندند. در این مورد بخش ساختمانهای بتونی توضیح داده خواهد شد. چنانچه پی ریخته شده جهت ستون فلزی باشد برای آنکه فشار وارده از ستون در سطح پی مستقیم شود زیر ستون روی پی صفحه ای فلزی که ابعاد آن  ( طول و عرض ضخامت ) با محاسبه تعیین می شود قرار می دهند چون ممکن است به ستون به جز بارهای عمودی نیروهای جانبی نیز وارد شود صفحه ی زیر ستون را به وسیله  میلگردهائی در بتن محکم می کنند برای این منظور به دو طریق می توان عمل نمود.

الف) 4 عدد میله گرد با نمره زیاد مثلاً 20 یا 22 یا بیشتر که سر آن به صورت چنگک یا گونیا خم شده و سر دیگر آنرا پیچ و مهره کرده اند در بتن قرار می دهند و در صفحه زیرستون نیز 4 عدد سوراخ درست مقابل چهار میلگرد ایجاد می نمایند و میلگردها را داخل سوراخ صفحه رد نموده و با مهره محکم می نمایند این طریق مطمئن تر بوده ولی اجرای آن مشکل تر می باشد. با این میلگردها بولت می گویند البته قطر میلگردها و طول آن به وسیله محاسبه به دست می آید.

ب) طریقه دوم آنستکه قبلاً میلگردی با نمره تعیین شده به زیر صفحه جوش داده و آنرا در موقع بتن ریزی داخل پی قرار می دهند در این طریقه چون بتن بعد از خشک شدن قدری تقلیل حجم پیدا می کند اغلب زیر صفحه خالی می شود برای جلوگیری از این موضوع بهتر است در موقع کار گذاشتن صفحه سوراخی در وسط آن( محل برخورد اقطار صفحه که برآیند نیروها در آن نقطه صفر است) ایجاد نموده و آنقدر صفحه را بکوبند تا بتن از این سوراخ بیرون بیاید.

البته باز هم در اثر تقلیل حجم بتون زیر صفحه خالی می شودو با زدن ضربه ای به روی صفحه به خوبی خالی بودن زیر آن محسوس است ولی با ایجاد این سوراخ صفحه خالی می شود ولی در طریقه قبل می توانیم پس از خشک شدن بتون با باز کردن مهره ها صفحه را خارج نموده و زیر آن را با یک قشر نازک بتون پر نموده و دوباره صفحه را در محل خود نصب نمائیم.

چگونگی اجزاء و نصب پیچهای مهاری(بولت) و صفحه کف ستونی

صفحه کف ستونی (Baseplate)

دلایل استفاده از صفحه کف ستونی و بولت

ستونهای یک ساختمان اسکلت فلزی، نقش انتقال دهنده بارهای وارد شده را به فنداسیون – به صورت نیروی فشاری، کششی ، برشی یا لنگر خمشی – به عهده دارند.

در این میان، ستون فلزی با فنداسیون بتنی چونه ارتباط برقرار می کند؟ جواب: پاسخ این پرسش ما را به سمت استفاده از صفحه ای فلزی سوق می دهد که از یک سو با ستون و از سوی دیگر با بتن درگیر شده باشد.

 

توجه به اینکه ستون فلزی به علت مقاومت بسیار زیاد تنشهای بزرگی را تحمل     می کند و بتن قابلیت تحمل این تنشها را ندارد؛ بنابراین صفحه ستون واسطه ای است که ضمن افزایش سطح تماس ستون با پی، سبب می گردد توزیع نیروهای ستون در حد قابل تحمل برای بتن باشد.

کار اتصال صفحه زیرستونی با بتن به وسیله میله مهار( بولت Bolt) صورت می گیرد و برای ایجاد اتصال، انتهای آن را خم می کنیم و مقدار طول بولت را محاسبه تعیین   می کند.

تعدا بولت ها بسته به نوع کار از دو عدد به بالا تغییر می کند، حداقل قطر این     میله های مهاری میلگرد نمره 20 است؛ در حالی که صفحه تنها فشار را تحمل       می کند، بولت نقش عمده ای ندارد و تنها پایه را در محل خود ثابت نگه می دارد. نکته مهم هنگام نصب ستون بر روی صفحه تقسیم فشار این است که حتماً انتهای ستون سنگ خورده و صافباشد تا تمام نقاط مقطع ستون بر روی صفحه بیس پلیت بنشیند و عمل انتقال نیرو به خوبی انجام پذیرد. از آن جا که علاوه بر فشار، لنگر نیز بر صفحه زیرستونی وارد می شود، طول بولت باید به اندازه ای باشد که کشش وارد شده را تحمل نماید که این امر  با محاسبه تعیین خواهد شد.

انواع اتصال ستون شالوده

جزئیات اتصال ستون فلزی به شالوده بتنی به نیروی موجود در پای ستون بستگی دارد. در ستون با انتهای مفصلی فقط نیروی فشاری و برشی از ستون به شالوده منتقل می شوند.

اگر بخواهیم لنگر خمشی را نیز به شالوده منتقل نماییم، در آن صورت، نیاز به طرح اتصال مناسب برای این کار خواهیم داشت که «اتصال گیردار» خوانده می شود.

 

 

روش نصب پیچهای مهاری

 به طورکلی، دو روش  برای نصب پیچهای مهاری وجود دارد:

الف) نصب پیچهای مهاری در موقع بتن ریزی شالوده ها: در این روش، پیچها را در محلهای تعیین شده قرار می دهند و موقعیت آنها را بوسیله مناسبی تثبیت          می کنند؛ سپس اطرافشان را با بتن می پوشانند. روشهای گوناگونی برای تثبیت پیچهای مهاری در محل خود وجود دارد که به این شرح است:

روش اول: ابتدا به وسیله صفحه ای نازک مشابه با ورق کف ستونی که «شابلن» یا الگو نامیده می شود. قسمت فوقانیبولت و قسمت پایین را به وسیله نبشی به یکدیگر می بندیم تا مجموعه ای بدون تغییر شکل به دست آید؛ آن گاه محورهای طولی و عرضی صفحه الگو را با مداد رنگی(گچ و یا رنگ) مشخص می کنیم؛ سپس به وسیله ریسمان کار یا دوربین تئودولیت با میخهای کنترل محور کلی فنداسیون را در جهتهای طولی و عرضی به دست می آوریم و به کمک شخصی با تجربه در موقعیت مناسب آن قرار می دهیم.( محور طولی و عرضی صفحه شابلن بر محور طولی و عرضی کلی فنداسیونها منطبق می شود و در ارتفاع صحیح و به صورت کاملاً تراز نصب می گردد.)سپس به وسیله قطعات آرماتور آن را به میلگردهای شبکه آرماتور فنداسیون یا به قطعات ورقی- که در بتن قرار داده اند- جوش(مونتاژ)داده می شود؛ به گونه ای که هنگام بتن ریزی صفحه از جای خود حرکتی نداشته باشد.

باید دقت داشته باشیم که در موقع بتن ریزی، هوا در زیر صفحه شابلن محبوس نشود. برای این منظور، معمولاً سوراخ بزرگی در وسط شابلن تعبیه می کنند که وقتی بتن از اطراف زیر صفحه را پر می کند، هوا از راه سوراخ خارج گردد و با بیرون زدن بتن از وسط صفحه، از پر شدن کامل زیر آن آن اطمینان حاصل شود.

روش دوم: صفحه تقسیم فشار بیش از بتن ریزی پی به طور دقیق در محل خود قرار می گیرد و به وسیله آن بولت ها در جای خود ثابت می شوند. پس از بتن ریزی، صفحه را از جای خود خارج می کنند و در کارگاه به طور مستقیم به پای ستون متصل می نمایند و پس از نصب ستون به همراه صفحه مهره ها را محکم می بندند. در این حالت، هر صفحه ای باید کاملاً علامت گذاری شود تا هنگام نصب اشتباهی رخ ندهد.

روش سوم: صفحه را قدری بالاتر از محل اصلی خود نگه می دارند تا محل میله های مهار به طور دقیق تعیین شود؛ سپس میله مهارها را ثابت می کنند و عمل بتن ریزی را انجام می دهند؛ در حالی که صفحه هنوز در جای خود ثابت است. پس از پایان یافتن بتن ریزی صفحه را در تراز مورد نظر نگه می دارند. این عمل را می توان به وسیله مهره های فلزی در زیر صفحه ای که میله مهارها از درون آنها عبور کرده اند- با پیچاندن و تنظیم آنها تا تراز لازم – انجام داد.

سپس فاصله های بین زیر صفحه و روی بتن پی با ملات ماسه شسته و سیمان به نسبت یک حجم سیمان به دو حجم ماسه کاملاً پر می گردد یا از ماسه سیمان نرم(گروت) استفاده می گردد.

ب)نصب پیچهای مهاری پس از بتن ریزی شالوده: در این روش، در محل پیچهای مهاری به وسیله قالب در داخل بتن فضای خالی ایجاد می کنند که این قالب«جعبه» نامیده می شود. میلگردی مطابق شکل در بتن قرار می دهیم، پس از گرفتن و سخت شدن بتن شالوده جعبه را از محل خود خارج می کنیم؛ سپس پیچ مهاری را در محل خود درگیر با آرماتور قرار می دهیم و تنظیم می کنیم و اطراف آن را با بتن ریزدانه(با حفظ اصول بتن ریزی)پر می کنیم. لازم به یادآوری است جعبه ای که برای ایجاد فضای خالی لازم برای نصب پیچ مهاری به کار می رود، باید چنان طرحریزی و ساخته شده باشد که به سادگی و در حد امکان، بدون ضربه زدن، شکستن و خرد کردن از داخل بتن خارج شود.

برای این منظور، می توان از جعبه هایی که قطعات آنها به صورت کام و زبانه متصل می شوند یا از جعبه های لولایی و سایر اقسام جعبه ها استفاده کرد. در مواردی که از پیچهای مهاری با قلاب انتهایی و رکاب یا از پیچهای مهاری با انتهای کلنگی استفاده می شود، برای سرعت بخشیدن به کار، از جعبه های ساخته شده یا ورقهای فولادی که در درون بتن باقی می ماند، استفاده می شود(مطابق شکل زیر). باید توجه داشت که این شیوه کار بیشتر برای فنداسیون ماشین آلات صنعتی در کارخانجات کاربرد دارند.

یادآوری:در بعضی مواقع برای اتصال کف ستون به شالوده، به جای پیچهای مهاری از میلگردها یا تسمه هایی استفاده می کنند که به ورق کف ستون جوش داده          می شوند(مطابق شکل های زیر)

روش کار چنین است که معمولاً در موقع بتن ریزی، مجموعه ورق کف ستون و مهارها را در شالوده کار می گذارند، پس از گرفتن و سخت شدن بتن، ستون را روی ورق کف ستون قرار می دهند و جوشکاری می کنند. هنگام استفاده از این روش، اتصال به این دلایل توصیه نمی شود:

1-     معمولاً در هنگام بتن ریزی، حبابهای هوا در زیر ورق کف ستون محبوس     می شوند.

2-   حتی اگر در موقع بتن ریزی حبابی در زیر ورق نمانده باشد، به علت افت بتن فاصله ای بین ورق کف ستون و بتن شالوده به وجود می آید. بخار آب در این فاصله تقطیر می شود و خطر زنگ زدن و ضعیف شدن کف ستون را پدید    می آورند.

3-  بر اساس تجزیه مشخص گردیده است که میلگرد در محل اتصال به ورق کم و بیش ترد و شکننده می شود.

4-   اگر زغال جوش روی نوارهای جوش باقی بماند، آب را به خود جذب می کند و نقطه شروع زنگ زدگی را به وجود می آورد.

5-   امکان تنظیم بعدی ورق کف ستون وجود ندارد و جوش کردن ستون- هنگامی که در کارگاه فلزکاری انجام می پذیرد- میسر نیست.

محافظت کف ستونها و پیچهای مهاری (مهره و حدیده)

کف ستونها از جمله قطعات ساختمانی هستند که اغلب در معرض اثر شدید رطوبت قرار دارند و باید به نحو مطلوب حفاظت شوند. در ساختمانهای معمولی و به طور کلی در ساختمانهایی که پس از پایان یافتن کار اسکلت فلزی دیگر نیازی به بازدید یا تنظیم کف ستونها نیست، اطراف کف ستون را بابتن پر می کنند و در صورتی که قبل از بتن ریزی سطوح فولادی خوب تمیز شده و کل جوش یا زغال جوش برداشته شده باشد، بتن به فولاد می چسبد و آن را کاملاً محافظت می کند. در بعضی دیگر از ساختمانها، کف ستونها را نیز نظیر سایر قطعات به وسیله رنگ محافظت می کنند. در ساختمانهای صنعتی که امکان باز کردن و نصب مجدد آنها وجود دارد، با مواد قیری مخلوط با ماسه نرم از کف ستونها حفاظت می شود؛ همچنین برای تمیز ماندن حدیدهای پیچهای مهاری و دوری از آسیب دیدگی باید قبل از بتن ریزی فنداسیون، قسمت حدیدها به وسیله پلاستیک یا گونی یا سیم مناسب بسته شده، پوشش مناسب صورت گیرد.

باید توجه نمود که اگر قبل از سخت شدن کامل بتون اقدام به باز نمودن          مهره های روی بولت نمائیم با توجه به اینکه در موقع بتون ریزی آن قسمت از میله گرد بولت که در خارج بتون قرار دارد آغشته به بتون می گردد ممکن است دراثر فشار وارده برای باز کردن مهره و همچنین به علت تازه بودن بتون پی ساخته شده به کلی متلاشی گردد. باز کردن مهره نباید زودتر از یک هفته انجام شود.

    شناژ

برای اینکه پی های نقطه ای به همدیگر متصل بوده و در مواقع نشست ساختمان و یا تکان های ناگهانی با همدیگر کار کنند پی های نقطه ای را به وسیله شناژ به یکدیگر متصل می نماییم.

   لایه های شناژ

1-    زمین مناسب

2-  بتون مگر

3- نقشه شناژ

4-  بتون( در مورد ردیف های 1 و 2 و 4 قبلاً توضیح داده شده است)

 

  قفسه های شناژ

پس از آنکه قالب بندی انجام شد و شبکه های زیر ستون ها را داخل پی های نقطه ای قرار دادند قبل از بتون ریزی پی های نقطه ای را به وسیله حداقل 4 میلگرد که تعداد و نمره ی آن محاسبه تعیین می گردد به همدیگر وصل            می نمایند این میله گردها باید به وسیله محاسبه تعیین می گردد این میله گردهای عرضی که به آن خاموت می گویند به همدیگر متصل باشد قطر میلگردهای عرضی و فاصله آنها به وسیله محاسبه تعیین    می گردد خاموتها باید حتماً به خم 90 درجه ختم شوند و بهتر است این خم در قسمت فشاری قطعه بتون قرار گیرد. این قفسه شناژ باید حداقل تا   بعدی نقطه ای به داخل آن ادامه پیدا کند بعضی از مهندسین محاسب ترجیح می دهند که این قفسه شناژ سراسر پی نقطه ای را طی نموده و از طرف دیگر آن ادامه پیدا کند در این صورت این قفسه ها باید یکدیگر را قطع نماید. آرماتورگذاری و بتن ریزی این شناژها کاملاً مانند شناژ رو یا زیر دیوار آجری می باشد. در موقع بتن ریزی چنانکه ممکن باشد بهتر است. کلیه بتن پی های نقطه ای و شناژهای متصل کننده یکجا ریخته شود این کار با وجود ماشین های حمل بتن که در ایران فراوان یافت می شود امکان دارد ولی چنانچه ریختن بتن کلیه قسمتهای پی در یک روز ممکن نباشد بهتر است بتن ریزی را در محل  طول شناژها( محور تا محور) متوقف کرد چنانچه در موقع متوقف کردن بتن ریزی چند عدد میلگرد کمکی(2 تا 3 ) عدد با همان نمره آرماتورهای شناژ داخل بتن قرار داده بطوریکه تقریباً نصف طول آن در بتن روز بعد قرار گیرد.

 

 اجزا تشکیل دهنده ساختمانهای فلزی

ساختمانهای فلزی از اجزاء مهم زیر تشکیل می شود.

1-    ستونها

2-  پل یا تیرهای اصلی

3- تیرچه ها

4-پرفیل های اتصال مانند: نبشی، تسمه و غیره

     ستونها

در ساختمانهای فلزی و ساختمانهای بتونی به آن قسمت از اجزاء که تحت نیروی فشاری واقع هستند ستون می گویند.

ستونها از مهمترین و حساس ترین اجزاء ساختمانهای فلزی می باشند. بار     سقف ها به وسیله پلها منتقل شده و وسیله ستونها به زمین منتقل می گردد.

     قسمتهای مختلف ستون

1-    قسمتهای اصلی ستون

2-  تسمه های اتصال دهنده

3- صفحه بتونی

4-  جوش

5-  اتصال بتون به صفحه زیر ستون

  1- قسمتهای اصلی ستون

قسمت اصلی ستون عبارت از آن پروفیلی است که بارهای فشاری تحمل          می نماید.

برای ساختن ستونها می توان از پروفیل های مختلف استفاده نمود، مانند دو عدد تیر آهن I معمولی و با یک عدد تیر آهن بالا پهن و یا دو عدد ناودانی و با یک عدد قوطی چهار گوش و یا چهار عدد بتنی و غیره در ایران برای ساختن ستونها معمولاً از دو تیر آهن I معمولی استفاده  می شود و آنها را به وسیله تسمه به یکدیگر متصل می نماید. گاهی نیز از آهنهای بال پهن که به آنها H گفته می شود و یا قوطی چهار گوش استفاده می شود. در مواردی که بار ستون زیاد است       می توان از سه عدد تیر آهن I که به شکلهای مختلف به همدیگر متصل می شوند استفاده نمود. و در طبقات بالاتر که بار ستونها کاهش می یابد می توان از ادامه یکی از آهنهای I خودداری کرد.

برای ساختن ستونها از دو یا سه عدد I معمولی و یا سایر پرفیل ها باید دقت کافی به عمل آورد تا ستونها کاملاً مستقیم و راست ساخته شود زیرا کوجکترین انحنای ستون ممکن است بعد از بارگذاری منجر به کمانش ستون گشته و در نتیجه باعث تخریب ساختمان شود. در موقع ستون سازی به دو علت ممکن است انحنا ایجاد بشود، اول آنکه امکان دارد تیرآهن های مورد استفاده برای ساختن ستون در اثر حمل و نقل دارای پیچیدگی باشد دوم آنکه ممکن است در اثر جوشکاری غیر فنی و ناردست در ستون پیچیدگی ایجاد بشود برای جلوگیری از این کار بهتر است به شرح زیر عمل گردد.

البته اشکالات فوق اشکالات اجرایی می باشند محاسباتی زیرا فرض ما بر این است که محاسبات درست انجام شده و ستون قادر به تحمل بار وارده می باشد.

ابتدا تیرآهن ها را از لحاظ شماره انتخاب نموده و آنها را به طول معین که در نقشه های محاسباتی قید گردیده برش می دهند آنگاه زیر دو سر و کمر ستون تیر آهن هایی قرار داده و ستون را روی این تیر آهن های افقی که به صورت تراز روی زمین قرار داده اند می خوابانند قبل از اینکار باید از راست بودن تیر       آهن های تکی کاملاً مطمئن بوده و چنانچه تیر آهن ها کاملاً راست نباشد بهتر است آنها را عوض نموده و از تیرآهن های مستقیم استفاده نمایند در صورتی که این کار مقدور نباشد باید تیر آهن ها به وسیله پتکهای سنگین که در محل های دقیق و حساب شده فرود می آید راست بشود. لازم به یادآوری است که هر نوع ضربه زدن به تیر آهن حتی، جهت برطرف کردن   پیچیدگی های موضعی (راست کردن آن) و یا در اثر جابجایی و غیره در تیرآهن شنهایی ایجاد  می کند که در آن باقی مانده و اگر شنهای ایجاد شده در اثر بارگذاری هم جهت با این شنها باشد

 

موجب تخریب سریعتر قطعه می گردد بدین لحاظ هر قدر به تیرآهن قبل از مصرف ضربه کمتری زده شود بهتر است.

آنگاه تیرآهن های ستون ها را به فاصله معین که در نقشه محاسباتی تعیین شده است کنار هم قرار داده و به وسیله تسمه هائی که از قبل بریده شده آماده می باشد با حال جوش آنها را به یکدیگر متصل می نمایند و آنگاه برای جلوگیری از پیچیدگی نخست ابتدا و انتها و کمر ستونها را به تیرآهن های زیر سری جوش داده و بعد کلیه ستونها را با حال جوش به یکدیگر متصل کنیم و آنگاه جوشکاری را تکمیل می نمائیم و بدین ترتیب تا 90% درصد از پیچیدگی ستون ها جلوگیری می شود.

      2- تسمه های اتصال

همانطوریکه گفته شده ممکن است ستون از دو عدد تیرآهن I و یا دو عدد ناودانی و یا چهار عدد نبشی و غیره تشکیل شده باشد که این پرفیل ها می باید به یکدیگر متصل شود معمولاً این  پروفیل ها را به وسیله تسمه متصل می نمایند ابعاد این تسمه ها به وسیله محاسبه تعیین می گردد ولی اغلب برای ساختمانها معمولی از تسمه هائی به ابعاد تقریبی 10×100 استفاده میلگردد طول تسمه معمولاً باندازه پشت تا پشت ستون می باشد( قدری کمتر برای جوشکاری) تسمه ها را در ایران معمولاً به طور موازی با یکدیگر جوش می دهند و فاصله آنها از یکدیگر در حدود 40 سانتیمتر می باشد( محور تا محور) ولی گاهی طبق محاسبه مجبور می شوند تسمه ها را با زاویه 45 و یا 30 درجه جوش بدهند. اگر طبق محاسبه برای ساختن ستون می باید از سه عدد تیرآهن استفاده شود که یکی از آنها عمود بر دو تای دیگر باشد. قبل از آنکه تسمه های اتصال دهنده را جوش بدهند باید اول سه عدد تیر آهن را مطابق شکل به همدیگر متصل نموده و جوشکاری آنرا تکمیل نمایند و بعد تسمه های اتصال را جوش بدهند زیرا در غیر این صورت اتصال تیرآهن میانی به دو آهن دیگر مشکل خواهد بود.

 

   3- صفحه تقویتی

گاهی ممکن است ستون انتخاب شده از لحاظ شماره تیرآهن برای کلیه طبقات مناسب بوده و فقط برای یک یا دو طبقه پایین که بار بیشتری را تحمل می نماید ضعیف باشد در این صورت ممکن است مهندس محاسب برای تقویت ستون ورقهای تقویتی سراسری پیشنهاد نماید در این صورت دیگر برای اتصال ستون در این قسمت از تسمه استفاده نمی گردد.

لازم به یادآوری است که تسمه های اتصال و ورق نسبت جز و محاسبه نبوده و فقط برای اتصال به کار می روند در موقع جوشکاری ورق های تقویتی باید نکات مذکور در جوشکاری تسمه ها را رعایت گردد. جوشکاری ورق های تقویتی باید به طول کافی و با بعد معین باشد تا نقطه ضعفی از این نظر ایجاد نشود.

    تقلیل ضخامت ستون

در ساختمانهای مرتفع که در طبقات پایین از ستون هائی با شماره زیاد استفاده         می گردد. از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست که ستونها با همین شماره در طبقات بالا که بار کمتری را تحمل می نماید ادامه باید لذا بعد از هر دو یا سه طبقه از تیرآهنهائی با دو یا چهار شماره را تحمل کمتر برای ساختن ستون استفاده    می شود در این مواقع باید مطابق شکل از چهار عدد تسمه استفاده شود که در عدد آن فقط به ستون باریکتر جوش می شود تا با ستون پهن تر هم رد بشود و به آن تسمه هم رو کننده می گویند و از دو عدد تسمه دیگر برای اتصال دو قسمت ستون به یکدیگر استفاده می گردد بدیهی است ضخامت دو عدد تسمه اول متناسب با تقلیل نمره ستون بوده و چنانچه این تقلیل 2 نمره باشد از تسمه به ضخامت 1 سانتی متر استفاده  می شود و اگر چهار نمره باشد از تسمه به ضخامت 2 سانتیمتر استفاده می شود، مثلاً اگر ستون ضخیم تر از تیرآهن نمره 18 استفاده شود و ستون باریکتر از تیرآهن نمره 16 برای تسمه هم رو کننده از یک سانتی متر استفاده می شود.

طول تسمه های اول در حدود 30 الی 40 سانتی متر بوده و طول تسمه دوم که هر دو قسمت ستون را در بر می گردد باید در حدود 50 الی 60 سانتیمتر باشد پهنای تسمه های مساوی پشت تا پشت ستون می باشد( قدری کمتر برای جوشکاری) علاوه بر تسمه های فوق دو عدد تسمه به طول تقریبی 50 الی 60 سانتی متر نیز به جان  ستون ها جوش می شود.

بهتر است این تقلیل ضخامت، درست، در وسط دو گره انجام شود. زیرا در این نقطه ممانهای وارده بر ستون مساوی صفر می باشد. (محل عبور پل از ستون را گره   می گویند) معمولاً گره در طبقات ایجاد می شود.

اگر طول ستونی از 12 متر بلندتر باشد( طول یک شاخه آهن معمولی 12 متر     می باشد) ناچاراً باید دو یا چند قطعه تیرآهن را به همدیگر جوش بدهیم در این حالت باید از چهار قطعه تسمه به طول حدود 50 سانتی متر استفاده کرده که دو عدد آن به دو بال تیرآهن و دو عدد دیگر به جان   تیرآهن ها جوش می شود باید دقت نمود که دو قطعه ستون کاملاً در امتداد یکدیگر بوده و هیچ انحنایی نداشته باشد. و طول جوش و بعد جوش باید کنترل شود تا حتماً مطابق نقشه باشد.

پهنای کلیه صفحه ها و تسمه های اتصال پشت تا پشت ستون است قدری کمتر برای جوش کاری و یا محور تا محور شدن است قدری بیشتر لچکی یا ورق پشت بند.

اگر ممانهای وارده در پای ستون زیاد باشد و احتمال خم شدن نبشی ها در محل اتصال ستون با صفحه زیر ستون موجود باشد دو یا سه قطعه تسمه به صورت لچکی بین دو بال بتنی قرار داده به خوبی جوش می دهند تا از خم شدن نبشی جلوگیری نمایند از این قطعات لچکی در نبشی های زیر سر پلها که دارای بار زیاد می باشد ، نیز استفاده می گردد. ضخامت این لچکی ها در حدود 10 الی 12 میلیمتر می باشد.

 

       ورق بست

در بالا و پائین و همچنین در محل عبور پلها در طبقات برای ستون های سراسری به جای تسمه از ورق استفاده می نمایند که به آن ورق بست می گویند. پهنای ورق بست(b ) بااندازه پشت تا پشت ستون می باشد(قدری کمتر برای جوشکاری) و ارتفاع آن(h) حداقل در ابتدا و انتهای ستون برابر b می باشد و ضخامت آن حداقل    ارتفاع h در نظر گرفته می شود در ارتفاع ورق بست در قسمتهای میانی با اندازه ارتفاع پل به علاوه پهنای دو عدد نبشی تکیه گاهی بالا و پائین پل می باشد( قدری جوشکاری برای جوشکاری) برای مثال چنانچه  پل مورد نیاز تیرآهن نمره 20باشد و برای نبشی های تکیه گاهی از نبشی 10 استفاده شود در نتیجه حداقل ارتفاع ورق بست مساوی خواهد بود.

40=10+10+20

و اگر 5 سانتی متر از هر طرف برای جوشکاری در نظر بگیریم ارتفاع مورد نیاز برای ورق بست 50 سانتی متر خواهد شد در موقع نصب تسمه های اتصال دهنده باید دقت شود و در محل ورقهای بست طول آنرا در نظر گرفته و جای خالی منظور نمایند.

    4- جوش

متداولترین وسیله اتصال دهنده قطعات فلزی به یکدیگر در ایران جوش کاری   می باشد که معمولاً از دستگاههای جوش برقی استفاده بشود این دستگاه ممکن است مستقیماً با برق شهر کار کند و یا خود به وسیله موتوری تولید برق نموده و عمل جوشکاری را انجام دهد به این نوع اخیر دستگاه جوش بسیار گفته می شود. برای جوشکاری در ساختمانهای فلزی دستگاهی که مستقیماً به برق شهر وصل        می شود. به هیچ وجه پیشنهاد نمی گردد و بهتر است از دستگاههای جوش بسیار استفاده شود به هر حال اسکلت فلزی بهتر است با برق متوالی و جوشکاری شود.

در بعضی از ساختمانهای فلزی قطعات به وسیله پیچ و مهره و یا میخ پرچ به یکدیگر متصل  می گردند.قطر پیچها و اندازه مهرها و همچنین فاصله سوراخها از یکدیگر و تعداد آنها کاملاً به وسیله محاسبه تعیین می گردد و روی نقشه های محاسباتی قید شده است ولی اتصال قطعات به وسیله پیچ و مهره و یا پرچ به علت اشکالات زیاد و سختی کار رفته، رفته منسوخ شده و جای خود را به جوش که پیوسته در حال پیشرفت است میدهد همانطوریکه گفته شد در ایران برای اتصال قطعات فلزی بیشتر از جوش الکتریکی استفاده می شود. بعد جوش به وسیله محاسبه تعیین می گردد. و بستگی به قطر قطعاتی دارد که به وسیله جوش به همدیگر متصل می شوند. ولی در هر حال نباید از 6 میلیمتر کمتر باشد. در موقع انتخاب الکترود جوشکاری باید دقت کافی به عمل آید و الکترودی انتخاب بشود که متناسب با جوشکاری بوده و بعد لازم را به راحتی ایجاد نماید. همچنین باید توجه نمود تا آمپر دستگاه به خوبی انتخاب گردد که قادر به ذوب نمودن الکترود انتخاب شده باشد حداقل قطر الکترود جوشکاری برای اسکلت فلزی 4 میلیمتر پیشنهاد می گردد. باید دقت شود که جوشکاری در کلیه قسمتها یکنواخت بوده و با بعد مساوی انجام گردد و با اصطلاح زنجیره ای باشد.

بهتر است تا آنجا که ممکن است جوشکاری روی زمین به طور افقی روی قطعات انجام شده آنگاه قطعه در محل خود نصب گردد تا امکان جوش معمولی وجود داشته باشد و از جوش سر بالا و با سرازیر تا آنجا که ممکن است خودداری گردد. زیرا برای این نوع جوشکاری ها احتیاج به کارگران ورزیده می باشد که استفاده از وجود آنها در تمام کارگاهها مشکل است.

در ساختمانهای مهم و یا جوشکاری های حساس مخصوصاً وقتی که جوشکاری برای آب بندی به کار می رود بعد از اتمام هر قسمت از جوشکاری جوشهای داده شده وسیله دستگاههای مخصوص با اشعه ایکس عکس برداری شده و کنترل    می گردد.

  5- اتصال ستون به صفحه زیرستون

در مورد پی نقطه ای و نصب صفحه زیر ستون قبلاً وضیح داده شده است. اکنون طریقه اتصال ستون به صفحه زیر ستون شرح داده می شود ابتدا یادآوری        می گردد که صفحه زیر ستون قبلاً کاملاً تراز و در یک سطح کار گذاشته شده است اکنون متذکر می گردد سطح انتهائی ستون یعنی محل اتصال آن به صفحه زیر ستون باید کاملاً مستوی بوده بطوریکه در موقع قرار دادن آن روی صفحه تمام نقاط آن با صفحه در تماس باشد. آنگاه ستون را بلند کرده و در محل خود قرار  می دهند لازم به یادآوری است که ستون را اغلب به وسیله جرثقیل بلند   می کند در کارهای کوچک می توان ستون به وسیله دکل و بادگیر  فور بلند نمود.

آنگاه ستون را با دوربین و پا شاقول معمولی بنائی شاقول نموده و دور تا دور آنرا به صفحه زیر ستون جوش می دهند آنگاه برای تکمیل کار ستون را به وسیله ی چهار عدد نسبتی 10 یا 12 و با بزرگتر به صفحه جوش می دهند ابعاد این نبشی ها طبق محاسبه تعیین می گردد.

در موقع جوشکاری پای ستون به صفحه زیر ستون باید توجه نمود چنانچه بعد جوش زیاد باشد مانع چسبیدن نبشی های اتصال به ستون صفحه زیر ستون خواهد شد. با توجه به اینکه تقریباً کلیه ممانهای وارده به پای ستون به وسیله نبشی های اطراف تحمل می گردد باید دقت شود که این جوشکاری فقط درز مابین پای ستون و صفحه زیر ستون را پر نماید و از آن خارج نشود. چنانچه این دقت ممکن نباشد بهتر است از این جوشکاری صرف نظر گردد.

در بعضی از ستونها که دارای خارج از محوری شدید می باشد به جای نبشی از صفحات مستطیل شکل که طول آن بیشتر از پشت تا پشت بتون است استفاده می گردد و بدینوسیله نبشی های اتصال را با ابعاد بزرگتر بوسیله صفحه در محل می سپارند و به وسیله چند عدد صفحه لچکی که بین دو بال نبشی قرار می دهند سیستم قابل اطمینان در مقابل ممانهای وارده ایجاد می نماید. عرض و طول کلی این اتصالات نباید از روی صفحه زیر ستون تجاوز نماید.

پلها و تیرهای پوشش

شاهتیرها(پلها)

شاهتیرها عضوهای فلزی افقی اصلی هستند که با اتصالات لازم به ستونها متصل می شوند و به وسیله آنها بار طبقات به ستونها انتقال می یابد. شاهتیرهای فلزی ممکن است به صورتهای زیر به کار روند:

الف)تیر آهن معمولی به صورت تک یا دوبله   ب) تیر آهن بال پهن

ج)تیرآهن معمولی با ورق تقویتی روی بالها و یا بال و جان

د) پلهای لانه زنبوری از تیرآهن معمولی یا تیرهای بال پهن

هـ) تیر ورق(گیردار) ترکیب تیرآهن معمولی با ورق یا تیرآهن بال پهن با ورق و یا از ترکیب ورق ها درست می شود. تیر ورق همان طور که از اسم آن پیداست توسط ورق ساخته می شود و پروفیل های معمولی در ساخت آن استفاده می شود.

و) خرپاها

 

ساخت پلها و شاهتیرها

هر گاه در شاهتیرهای فلزی به جای تیر تکی از تیرهای دوبله استفاده شود، باید دو تیر در محل بالها به یکدیگر به گونه ای مطلوب اتصال داشته باشند. چنانچه پلها(شاهتیرها) برای لنگر خمشی موجود کفاف ندهد، آنها را با اضافه بودن تسمه یا ورق تقویت می نمایند. در مورد ورق تقویتی در تیرهای معمولی باید نکات زیر را رعایت کرد:

1-    حداکثر ضخامت ورق تقویتی 8/0 ضخامت بال تیر باشد.

2-  ورقهای تقویتی به طور کامل با بالها تماس(به هم چسبیده) و اتصال داشته باشد.

3- ضخامت جوش 75/0 ضخامت ورق باشد.

4-  ورق تقویتی از هر دو طرف و در قسمت عرض نیز جوش شود.

5-  جوشکاری طبق شکل انجام گیرد.

6-  ابعاد ورق طبق محاسبات تعیین شده باشد.

تیرهای لانه زنبوری

دلیل نامگذاری تیرهای لانه زنبوری، شکل گیری این تیرها پس از عملیات( بریدن و دوباره جوش دادن) و تکمیل پروفیل است. همان طور که در شکل می بینیم، این گونه تیرها در طول خود دارای حفره های توخالی (در جان) هستند که به لانه زنبور شبیه است؛ به همین سبب، به این گونه تیرها« تیر لانه زنبوری» می گویند.

هدف از ساخت تیرهای لانه زنبوری: هدف این است که تیر بتواند ممان خمشی بیشتری را با خیز(تغییر شکل) نسبتاً کم، همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند؛ برای مثال، با مراجعه به جدول تیرآهن ارتفاع پروفیل 18- IPE را که 18 سانتیمتر ارتفاع دارد، می توان تا 27 سانتیمتر افزایش داد.

محاسن و معایب تیر لانه زنبوری: با توجه به مثال قبل با تبدیل تیرآهن معمولی به تیر لانه زنبوری، اولاً: مدول مقطع و ممان اینرسی مقطع تیر افزایش می یابد. ثانیاً: مقاومت خمشی تیر نیز افزوده می گردد. در نتیجه، تیری حاصل می شود با ارتفاع بیشتر، قویتر و هم وزن تیر اصلی. ثالثاً: با کم شدن وزن مصالح و سبک بودن تیر، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود. رابعاً: از فضاهای ایجاد شده(حفره ها) در جان تیر می توان لوله های تأسیساتی وبرق را عبور داد(مطابق شکل)

در ساختن تیر لانه زنبوری که منجر به افزایش ارتفاع تیر می شود، باید استاندارد کاملاً رعایت گردد؛ در غیر این صورت، خطر خراب شدن تیر زیر بار وارد شده حتمی است.

از جمله معایب تیر لانه زنبوری، وجود حفره های آن است که نمی تواند تنشهای برشی را در محل تکیه گاه پل به ستون یا اتصال تیرآهن تودلی(تیر فرعی) به پل لانه زنبوری تحمل کند؛ بنابراین، برای رفع این عیب، اقدام به پر کردن بعضی حفره هابا ورق فلزی و جوش می کنند تا اتصال بعدی پب 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 یه به صورت پل ممتد به کاررود. برای ساختن تیر لانه زنبوری دو شیوه موجود است:

الف) شیوه برش پانیر،

ب) شیوه برش لیتسکا

روشهای مختلف برش تیرآهن:

1-     برش به روش کوپال: با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که به گیوتین مخصوص مجهز است، تیرآهن به شکل سرد در امتداد خط منکسر قطع      می شود.

2-   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 ماشینهای برش اکسیژن شابلن دار نسبتاً ساده است. در ایران تیرهای لانه زنبوری را بیشتر با دست تهیه می کنند.

روش ساختن تیر لانه زنبوری و تقویت آن: روش تهیه تیرهای لانه زنبوری از این قرار است که ابتدا در روی جان تیرآهن نورد شده با استفاده از الگو که به صورت  شش ضلعی از ورق آهن سفید یک میلیمتری( شابلن)با توجه به استاندارد ساخته شده خط می گردد؛ سپس تیرآهن را روی یک شاسی افقی با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف آن 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 «1» و«2» (مطابق شکل) تقسیم شود.

حال اگر قسمت «1» را به اندازه یک دانه جابجا کنیم و دندانه های دو قسمت «1» و«2» را با دقت مقابل هم قرار دهیم و از دو طرف، کارگر ماهر آن را 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 گفتیم، تیر ساخته شده در محل تکیه گاه با توجه به حفره های خالی آن در مقابل تنشهای برشی ضعیف می شود. برای جبران این نقیصه، با توجه به منحنی نمایش نیروی برشی نیز به پر کردن حفره ها با ورقهای تقویتی اقدام می کنیم.

 

لازم به تذکر است که حداقل با ورق در تکیه گاه به وسیله جوش کامل پر شود(مطابق شکل)

در پایان یادآور می شود که یک نوع دیگر از پروفیلهای لانه زنبوری را پس از بریدن بین قطعه 1و2 ورق واسطه اضافه می کنند که این ورق واسطه بین دانه ها جوش می شود. در نتیجه، تیر حاصل به مراتب قویتر از تیری است که بدون ورق واسطه ساخته می شود.

لازم به تذکر است که در این گونه تیرها باید نهایت دقت را در ساخت و جوشکاری آن به عمل آورد.

پلهای مرکب

در بارهای سنگین و احتمالاً دهانه زیاد که پروفیل استاندارد موجود در بازار کافی یا اقتادی نباشد؛ همچنین مقطع تیر لانه زنبوری که با تسمه یا ورق تقویت شده است. برای بار وارد شده و دهانه خمش کافی نباشد. از تیرهای مرکب استفاده    می شود. تیر مرکب در چندین حالت اجرا می گردد:

1-    تیر مرکبی که از بریدن پروفیلهای معمولی ایرانی(IPE) از وسط جان تیر و اتصال صفحه ورق مناسب به دو قسمت بریده شده ساخته می شود. این روش برای پروفیلهای نمره 20 به بالا اقتصادی خواهد بود.

2-   تیر مرکبی که از سه صفحه (قطعات تقویتی) تشکیل می شود.

در این حالت، در پروفیلهای معمولی از فولاد جان تیر نسبت به فولاد بالها برای مقابله با خمش چندان استفاده نمی شود، بلکه سعی می گردد، حتی الامکان، جان تیر را نازکتر و ارتفاع آن را زیاد کنند.

 

اتصالات در ساختمانهای فلزی

مجموعه به هم پیوسته اعضای یک سازه را معمولاً «قاب» می نامیم. اصولاً درساختمانهای فولادی نحوه اتصال و رفتار قطعات نسبت به یکدیگر در تکیه گاه (محل تقاطع اعضا) در محاسبات حائز اهمیت می باشد. چون بدون در نظر گرفتن چگونگی رفتار قطعات نسبت به هم، تعیین مشخصات مقاطع ستونها و پلها میسر نیست. ساختمانهای فولادی بر حسب نوع اتصالات در تکیه گاه که برای به هم پیوستن اعضاس سازه به کار می رود، عموماً به سه دسته کلی تقسیم می شوند:

الف)اتصال در تکیه گاه ساده(مفصلی)

ب)اتصال در تکیه گاه نیم گیردار،

ج) اتصال در تکیه گاه گیردار(صلب)

اتصال در تکیه گاه ساده(مفصلی) : در این نوع، اتصال تیر می تواند آزاد باشد و به راحتی دوران زاویه ای به خود بگیرد در این تکیه گاه، لنگر گیرداری وجود ندارد.

اتصالاتی که لنگر منتقل نمی کنند. در محاسبه تیر و ستون برای تکیه گاه ساده در نظر گرفته می شوند.

اتصال با جفت نبشی جان، اتصال با نبشی نشیمنی و اتصالات نشیمنی تقویت شده با قطعه تیرآهن و لچکی از این گروه هستند و آنها را «اتصالات برشی »     می نامند.

اتصال در تکیه گاه نیم گیردار: اتصالاتی را که مقداری گیرداری در تکیه گاه به وجود می آورند و در نتیجه باید برش و لنگر هر دو را تحمل کنند« اتصالات نیم گیردار» می نامیم. در این حالت، دوران زاویه بین تیر و ستون صورت می گیرد، ولی مقدار آن کمتر از حالت« الف» است. در عین حال، مقداری لنگر گیرداری در تکیه گاه تولید می کند و گیرداری آن بسته به وضع اتصالات، بار و دهانه تیر ممکن است بین 20 تا 90 درصد باشد.

اتصال در تکیه گاه گیردار( صلب): در تکیه گاه کاملاً گیردار، دوران زاویه ای(چرخشی) بین تیر و ستون انجام نمی گیرد. در این نوع اتصال تکیه گاهی تأمین درصد گیرداری در حدود 90 درصد یا بیشتر برای جلوگیری از تغییر زاویه ضرورت دارد.

اتصالات ساده تیر به ستون و شاهتیر

این اتصالات بر دو نوع است:

1-    اتصال با جفت نبشی جان(شکل A)

2-      اتصال نبشی نشیمن (شکل B). این اتصالات را برای عکس العملهای تیر کمتر از 15 تن به کار می برند. در این اتصالات، سعی می شود که حداقل گیرداری به وجود آید و زاویه بین تیر و ستون تا حد امکان آزادی دوران داشته باشد.

اتصال با نبشی جان: معمولاً دو عدد نبشی را در کارخانه به جان تیر جوش        می کنند. جوشهای بین نبشی و ستون یا شاهتیر را در کارگاه- بعد از اینکه اتصال تنظیم می شود- در روی کار انجام می دهند. معمولاً نبشیهای اتصال را به اندازه 10 تا 12 میلیمتر از انتهای جان تیر فاصله آزاد می گذارند تا اگر تیر در حدود رواداریهای مجاز(خطا در برش تیر- انحراف ستون) بلند باشد، بدون بریدن سر آن و تنها با جابه جا کردن نبشی آن را نصب کنند.

 

اتصال با نبشی نشیمن: این نوع اتصال را در عکس العملهای نسبتاً کوچک تا حدود 15 تن به کار می برند. نبشی نشیمن عمل نصب و تنظیم تیر را آسان       می کند این نبشی معمولاً قبلاً در کارخانه یا پای کار در ارتفاع لازم به ستون جوش می دهند و بعد تیر روی آن سوار و به آن جوش می شود. در این اتصال، نبشی کمکی دیگری در بالای تیر نصب و جوش می شود که در محاسبه در مقابل عکس العملها تکیه گاه به حساب نمی آید و عمل آن تنها ثابت کردن تیر در محل خود و تأمین تکیه گاه عرضی و جلوگیری از غلتیدن آن است. سعی می شود که اتصال با نبشی نشیمن تا حد امکان انعطاف پذیر باشد تا از آزادی دوران تیر در تکیه گاه جلوگیری نشود و در حقیقت، اتصال ساده و مفصلی باشد تا در تکیه گاه ایجاد لنگر نکند. معمولاً عرض نشیمن نباید از 5/7 سانتیمتر کمتر باشد. در آیین نامه AISC عرض استاندارد را 10 سانتیمتر برای نشیمن انتخاب کرده اند. برای این منظور نبشی فوقانی را با ابعاد ظریف و فقط دو لبه انتهایی بالهای آن را( در امتداد عرض بال تیر) جوش می دهند.

اتصالات نشیمن تقویت شده: وقتی که عکس العمل زیادتر از حد تحمل نبشی گردد، می توان از نبشی تقویت شده با مقطع T استفاده کرد. ضخامت صفحه نشیمنگاه در حدود ضخامت بال تیر انتخاب می شود. استفاده از صفحات تقویت کننده(محکم کننده) زیر یک نشیمن به صورت مستطیلی یا مثلثی استفاده     می گردد.

حالتهای مختلف اتصال و نصب در پلها

پلهای یکسره معمولاً از پلهای با دهانه ساده اقتصادی تر هستند، زیرا لنگر مثبت حداکثر یک پل(تیر) یکسره از لنگر مثبت حداکثر پل ساده نظیر آن کوچکتر است؛ مثلاً در مورد تیرهای یکسره حداقل سه دهانه مساوی برابر L تحت اثر بار گسترده P، لنگر حداکثر در اولین تکیه گاه داخلی تولید می شود که برابر با  است؛ در صورتی که لنگر حداکثر دهانه نظیر در حالت ساده برابر  است. با مقایسه ممانها در دو حالت، لنگر(ممان) در تیرهای یکسره 80 درصد لنگر دهانه ساده است که 20 درصد در اساس مقطع MX صرفه جویی شده است؛ ضمناً حداکثر تغییر شکل پل یکسره با توجه به گیرداری محل تکیه گاهها کمتر از تغییر شکل(خیز) حالت تیر ساده است و صلب بودن آن در مقابل تغییر شکل و لرزش زیاد خواهد بود که باعث صرفه جویی در مصرف پروفیل می شود. یک نوع اتصال تیرهای یکسره به ستون که در ایران بسیار رایج می باشد اتصال خورجینی نامیده می شود که در این نوع اتصال تیرها از طرفین ستون عبور می کند.

 

 

اتصال چند پل در یک محل به ستون : مواقعی که با توجه به پوشش سقف اقدام به نصب پل در دو جهت عمود بر هم در محل ستون می شود، یک پل به بالهای ستون و پل دیگر به جان ستون متصل خواهد شد؛ در نتیجه، ستون از دو جهت تحت تأثیر بار قرار خواهد گرفت که باید با توجه به بار وارد شده و دهامه پل، همچنین تعیین نوع گیرداری پلها در محل ستون اقدامات لازم برای اتصال صحیح و مطلوب به عمل آید. در شکل زیر نحوه اتصال نمایش داده شده است.

 

اگر برخورد پل در خارج از ستون باشد، باید آن ناحیه را از نیروی خارج از مرکز، همچنین نحوه اتصالات صحیح و اصولی به ستون به دقت بررسی و کنترل کرد.

 

روش نصب پلها در طبقات: محل نصب پلها در اسکلت فلزی بسیار مهم است، زیرا پلها تحمل کننده بار سقف از طرفین تیرها هستند. با توجه به مقدار بار وارد شده و دهانه، ارتفاع آنها مشخص می شود و معمولاً از ضخامت سقف و ارتفاع تیرها بیشتر است؛ بنابراین، با توجه به نقشه های معماری و تقسیم فضاها، پلها باید در جایی طراحی و نصب شوند که یه علت ارتفاع زیاد ایجاد اشکال در کف نکنند و سعی شود به صورت آویز در سقف مشخص نباشد. به این دلیل، معمولاً پلها در زیر دیوارهای جدا کننده بین فضاها نصب می شوند که علاوه بر بار وارد شده باید وزن دیوارهای جدا کننده بر روی آنها در محاسبه منظور شود.

روشهای اتصال پل به پل : اتصال دو پل که دارای یک ارتفاع هستند، به روش زبانه کردن آنها انجام می گیرد که این روش از نظر اتصالات بهتر است. در صورت امکان پل به دهانه بزرگتر در داخل پل با دهانه کوچکتر زبانه می شود. نصب ورق اتصال در جان و روی بال پل کوچکتر برای برش ضروری است. در این حالت، به علت کوتاه بودن دهانه، لنگر خمشی کمتری ایجاد شده در نتیجه، نمره یا سطح مقطع پلها کاهش می یابد.

عمل زبانه کردن تیرها و پلها: در اسکلت فلزی محل برخورد یا تقاطع قطعات از نظر رفتاری نسبت به یکدیگر و عکس العمل قطعه باربر در محل اتصال(تقاطع) حائز اهمیت است، زیرا باید به محل برخورد توجه کرد که در کدام یک از نواحی- که تحت تأثیر کشش، فشار و برش واقع می گردد- نحوه اتصال درست و مطلوب را انتخاب و عمل کنیم که ضعف در قطعه باربر ایجاد نشود.

 

تیر پوشش : نوع پوشش سقف در طبقات اسکلت فلزی با توجه به کاربرد ساختمان تعیین می شود که معمولاً سقفهای بتن آرمه یا طاق ضربی مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً تیرآهن پوشش از پروفیلهای IPE و INE استفاده         می شود. فاصله تیرها بین 65/0 تا 10/1 متر و طول را حداکثر تا 5 متر در نظر     می گیرند. البته خیز(افت تیر) باید مورد توجه باشد.

 

زبانه کردن تیرهای پوشش: تیرهای فلزی پوشش باید به شیوه ای مطلوب به همدیگر یا به پلها اتصال یابند بهترین حالت، شیوه زبانه کردن با توجه به محل و ناحیه برخورد تیرآهن به تیرآهن دیگر است که باید از روش ایجاد زبانه استفاده کرده.اتصال را انجام داد.

 

اتصال تیر پوشش به پل به وسیله نبشی: معمولاً دراتصال تیر پوشش به پل از حالت جوش و نبشی استفاده می شود. هر چه بتوانیم محل اتصال را تا حدودی گیردار بوجود آوریم. لرزش در تیر پوشش کمتر خواهد بود و مسأله خیز به نحو مطلوبتری حل خواهد شد؛ البته اگر طبق محاسبات نحوه اتصال نیم گیردار انجام دهیم، در مصرف پروفیل صرفه جویی خواهد شد.

مهار کردن تیرهای پوشش: تیرهای پوشش را علاوه بر اتصال درست به تکیه گاه، بایستی از نظر حرکات جانبی و پیچش، کمانش قطری، لهیدگی مورد کنترل قرار داد و آنها را مهار کرد. در اسکلت فلزی معمولاً تیرهای پوشش را با گذراندن میلگردها بصورت ضربدری و جوش به بال تیرآهن و اتصال به قسمت های پوشش تکیه گاه اسکلت را مهار کرده و بادبند افقی تشکیل می شود در دهانه کناری از میلگردهای افقی که مانع رانش دهانه ابتدایی و انتهایی می شود، استفاده         می کنند.

 

لقمه ها و پر کننده ها: طبق آیین نامه سازه های جوشی، پر کننده(لقمه) با ضخامت 6 میلیمتر و یا بیشتر باید به اندازه کافی از لبه های ورق وصله بیرون باشد تا به قطعه ای که به آن نصب می شود، به حد کافی جوش داده شود. به طوری که بتواند نیروی ورق وصله را که به ورق پرکننده وارد می شود، منتقل نماید. لبه های پر کننده هایی که ضخامت آنها از 6 میلیمتر کمتر است، باید با لبه های ورق وصله هم باد باشند. در این حالت، اندازه جوش باید مساوی مجموع اندازه جوش لازم برای حمل نیروی وصله به اضافه ورق پر کننده در نظر گرفته شود.

هدف از طویل کردن پلها و تیرهای پوشش: در پوشش سقف یا در پلها به دلایلی مجبور به طویل کردن آنها هستیم که چند مورد آن در زیر بررسی         می شود:

1-    طول استاندارد پروفیل یا تیرآهن که ممکن است برای اجرا کافی نباشد.

2-  به علت تغییر اندازه تیرآهن یا پروفیل وجود وصله الزامی می شود.

3- به علت کاهش ضایعات تیرآهن ممکن است مجبور به وصله کارگاهی باشیم.

شکل زیر یک وصله استاندارد را نشان می دهد که از چهار ورق تشکیل شده است. به همین مناسبت به چنین وصله ای« وصله چهار ورقی» می گوییم.

روش اجرای طویل کردن تیرها ابتدا در محل مناسب دو تیرآهن (پروفیل) در امتداد یکدیگر قرار داده می شوند. برای جوشکاری کامل بین دو تیرآهن در هر یک از پروفیلها درز با پخ مناسب ایجاد می شود؛ سپس به جوشکاری با نفوذ لازم اقدام می گردد؛ آن گاه سطح جوش را سنگ می زنند و بلافاصله باپلیت درز را می پوشانند و اطراف آن را جوش کامل می دهند. اندازه وصله اتصال و طول جوش لازم باید محاسبه شود. بهترین محل مناسب ورق برای طویل کردن ناحیه نقطه عطف لنگر خمشی و تلاش برشی است و باید از اتصال ورق در ناحیه برش(نزدیک تکیه گاه) و لنگر ماکزیمم (وسط دهانه) پرهیز کرد. در صورت اجبار، باید علاوه بر جان تیرآهن(پروفیل) بالها را به نحو مطلوب با ورق اتصال جوشکاری کرد.

 

چگونگی اتصال کنسولهای غیر ممتد: در سیستم اسکلت فلزی، پیش آمدگی (کنسول) که در اصطلاح «بالکن» نامیده می شود، به دو شیوه اجرا می گردد: یکی پیش آمدگی ممتد که پلها از ستون عبور می کنند( به صورت تک یا دوبله) و کنسول لازم به دست می آید؛ دیگر اینکه کنسول به صورت غیر ممتد باشد، اتصالات باید نسبت به طول کنسول و مقدار بار وارده طراحی شود و نحوه گیرداری آن به ستون مد نظر باشد. چون کنسول در محل تکیه گاه ممان منفی دارد و باید آن را با گذاشتن ورق مطابق اتصالات صلب، همچنین در صورت لزوم اضافه کردن لچکی به ورق بالا اتصال صحیح به ستون اجرا شود. کلیه ابعاد و اندازه اتصالات و تقویت کننده ها باید طب محاسبه صورت گیرد.

 

چگونگی اتصال کنسول با دستک: در مواقعی که طول کنسول از حد معین تجاوز می کند یا مقدار بار وارد شده به قدری است که اتصال نبشیها با ورق اتصال جوابگوی مقاومت نمی باشد می توان از دستکهای تحت زاویه 45 درجه استفاده کرد. با توجه به نقشه معماری می توان این دستک را در پایین یا بالا در نظر گرفت و اتصال صحیح و اصولی را انجام داد. اندازه و ابعاد دستک را طبق محاسبه به دست آورد.

وسایل نصب

ابزار و وسایل و ماشین آلاتی که در نصب سازه های فولادی بکار می روند، بسته به نوع و اندازه سازه می توانند انواع مختلف داشته باشند. از طرف دیگر اغلب این وسایل طبق استانداردهای سازندگان مختلف تولید می شوند که از بین آنها انواع مخصوصی به اندازه و طرحهای لازم را مصرف کنندگان متعدد انتخاب می کنند. هر گاه بخواهند باری را به قلاب جراثقالی آویزان کنند، اگر اندازه و وزن بار اجازه چنین عملی را بدهد، می توان مطابق شکل پایین آن را به وسیله حلقه ای از طناب فلزی به قلاب آویزان کرد. طناب اصلی از یک قطعه طناب با طول مناسب که هر دو انتهای آن را به صورت حلقه کوچکی درآورده اند، تشکیل می شود. این طناب را دور قطعه به گونه ای که یکی از دو سر طناب از حلقه کوچک سر دیگر آن بگذرد، مهار می کنند. برای اتصال دو قطعه فلزی از وسایل اتصال استفاده     می نمایند. میله اهرم، اسباب کشش، تخماق برای چفت کردن و رسانیدن قطعه به وضعیت مورد دلخواه آن برای اتصال به کار می روند. از پین و آچار برای همسو کردن سوراخهای قطعات استفاده می شود.

انحراف مجاز حاصل از ساخت در کارخانه

توصیه می شود، از هر 10 واحد کار مشابه مثلاً 10 ستون یا خرپا و .... یک واحد از نظر صحت کار مورد آزمایش قرار گیرد. حدود انحرافات مجاز حاصل از ساخت در کارخانه در زیر نشان داده شده است.

انحراف مجاز در نصب

برای نصب شاهتیرهای مرکب و شاهتیرهای حمال جراثقال در جدول زیر آمده است.

شاهتیر مرکب (با ارتفاع H)	mm
حداکثر انحراف ارتفاعی سطح اتکا از ارتفاع تعیین شده درنقشه ها انحراف مفصلها در تیر بالایی خرپا در میان دهانه از یک سطح شاغول که محور اتکا را برداشته باشد. بال تخت فشار ممکن است دارای احراف از سطحی باشد که خرپا در آن قرار دارد. اگر= طول دهانه خرپا باشد، انحراف مجاز حاصله از این قوس مساوی است با فاصله بین تیرهای اصلی (در صفحه عمود بر صفحه خرپا).
شاهتیرهای حمال جراثقال (با ارتفاع H)
انحراف بال، در وسط دهانه نسبت به صفحه عمودی که از نقاط اتکا عبور کند. انحراف(فاصله) عمودی بین انتهای شاهتیرهای یک خط ریل. انحراف عمودی بین انتهای شاهتیرها در نقاط اتکا. انحراف(فاصله)عمودی ریلها از یک ستونبه ستون مجاور در امتداد ریل. فرق فاصله دو ریل از هم با مقایسه با فاصله داده شده در نقشه. حرکات عرضی و بالا و پایین رفتن ریلها در نقاط اتصال و یا اتکا. انحراف محور طولی ریل ار محور حساب شده.	mm  10 mm  15 mm5 mm   1 mm5/2

پله

وسیله ارتباط طبقات به یکدیگر است برای ساختن تیرآهن با مقوا الگو تهیه     می کنیم و مطابق شکلهای زیر، تیرآهن پله را می سازیم. ضمنناً زاویه الگوبرابر زاویه شیب پله می باشند. زاویه پلکان با زمین در حدود 20 الی 45 درجه است(کمتر از را می توان از رامپ و بیشتر از از پلکانهای با شیب تند و یا نردبان استفاده کرد).

 

ساختمان پلکان

پلکانها با توجه به موارد استفاده در ساختمانهای مسکونی- عمودی- صنعتی دارای مشخصات (مصالح- ارتفاع- عرض-شیب) مختلفی هستند ضمنناً باید برای حفاظت، طرفهای آزاد پلکان نرده(جان پناه) تعبیه شود.

الف) پلکانهای سبک: عبارت است از پلکانهای فلزی و چوبی؛

ب) پلکانهای معمولی : فقط اسکلت پلکان(قطعات کناری، تیرهای پاگرد) فلزی بوده و بقیه قسمتها ممکن است از بتن- سنگ- آجر و غیره باشد؛

ج) پلکانهای سنگین: اسکلت و قسمتهای مختلف از بتن و مصالح بنایی است.

تقسیم بندی پلکان فلزی

پلکان فلزی به دو دسته تقسیم می شوند: 1- پلکانهای مستقیم 2- پلکانهای مارپیچ

1-    پلکان مستقیم:از دو قطعه کناری با یک قطعه که در وسط تعبیه شده و جنس آن از پروفیلهای استاندارد بوده که در محل نصب و جوشکاری می شود قطعات کف ممکن است از صفحات فولادی سنگ- چوب باشد که تشکیل پله را می دهد.

2-  پلکان مارپیچ: عموماً در محلهایی که فضای محدود جهت اجرای پله را دارند استفاده می شود. سابقاً پلکانهای مارپیچی را از چدن می ساختند. ولی امروز عموماً از فولاد ساخته می شوند این پلکانها از یک هسته مرکزی از جنس لوله با پله کنسولی می باشد که بایستی در انتخاب قطر لوله و نحوه اتصال به شالوده و همچنین گیرداری پله های کنسولی با لوله از نظر محاسبات و اجرای دقیق دقت زیاد بعمل آید.

   پل ها یا تیرهای اصلی

پلها آن قسمت از ساختمان فلزی هستند  که بار سقف وسیله آنها به ستون منتقل    می گردد و باید آن عضو از ساختمان فلزی که بین ستونها قرار می گیرد پل و یا تیرهای اصلی می گویند.

     قسمتهای مختلف تیرهای اصلی و سقف

1-    طریقه اتصال پل به ستون

2-  نکاتی در مورد ساختن پل ها

3- پلهای لانه زنبوری

4-  تیرچه

5-  پروفیلهای اتصال

    1- طریقه اتصال پل به ستون

حالت اول پل از کنار ستون عبور نماید.

ساده ترین شکل اتصال پل به ستون آن است که پل در جهت بال تیر آهن ستون امتداد پیدا کند در این حالت معمولاً از پلهای سرتاسری استفاده می نماید. این پلها به وسیله یک عدد ورق بست که در محل پل به ستون جوش می شود و همچنین یک عدد نبشی 10 یا 12 که روی ورق بست جوش می گردد. به ستون متصل می شود( ابعاد نبشی طبق محاسبه تعیین می گردد) بعضی از مهندسین محاسب برای آنکه تکیه گاهی تقریباً  گیردار به وجود بیاورند. یک عدد نبشی نیز روی پل قرار می دهند برای ایجاد تکیه گاهی که کاملاًً گیردار  باشد باید از  صفحه های ممان گیر استفاده نمود. صفحه ممان گیر صفحه ای است به شکل ذوزنقه یا مستطیل که روی پل قرار گرفته و آنرا به ستون متصل می نماید. . ولی بعضی ها از قرار دادن این نبشی اخیر صرف نظر نموده و تکیه گاه را ساده در نظر بگیرند، در ایران اغلب مهندس محاسب به همین طریق عمل می نمایند یعنی پل را از کنار ستون میانی اسکلت از دو طرف ستون پلهای ممتد را عبور داده و با اصطلاح از گره خوی چینی استفاده می نمایند. به عقیده اغلب زلزله شناسان این نوع اتصال در مقابل از مقلومت خوبی برخوردار نیست. چنانچه بار پل در محل اتصال ستون زیاد باشد و امکان خم نمودن نبشی  تکیه گاه وجود داشته باشد بهتر است یک عدد صفحه مثلثی شکل بین دو بال نبشی جوش داده تا از خم شدن آن جلوگیری بشود به این صفحه لچکی می گویند.

حالت دوم آنست که پل از وسط ستون عبور نماید.

در این حالت باید دقت شود تا در موقع ساختن ستون فاصله لب به لب دو عدد تیرآهن که در شکل با حرف d نشان داده شد است حداقل نیم سانتیمتر از بال پلی که می خواهد از داخل آن عبور کند بیشتر باشد تا امکان عبور پل فراهم گردد. بدیهی است چنانچه برای ستونها از آهن H استفاده شود، اجرا این طریقه ممکن نیست.

اصولاً امکان عبور پل های سراسری در این نوع اتصال قدری مشکل می باشد زیرا اگر دو طرف ساختمان احداثی باز نباشد منحنی می توان یک عدد پل سراسری را از بین ستونها عبور داد بدین لحاظ در این نوع مواقع پل را به قطعات کوچک بریده و در جای خود قرار داده و بعد دوباره آنرا جوش می دهند این عمل چنانچه اتصالات به خوبی انجام شود اشکال نداشته و این پل مانند پل سراسری یکپارچه عمل خواهد کرد. بهتر است محل برش در  دهانه بین دو ستون واقع شود.

زیرا فرض بر این است که در فاصله   نیروهای وارده به پل حداقل می باشد. در این حالت چنانچه بخواهیم از نبشی فوقانی نیز استفاده نمایم باید ورق بست دو تکه باشد.

حالت سوم موقعی است که پل به جان ستون ختم می شود.

در این حالت امکان ایجاد پلهای سراسری ممکن نیست زیرا اگر بخواهیم پل سراسری اجرا نماییم مجبور هستیم سوراخی در جان تیر ایجاد کنیم که این خود باعث ضعف ستون می شود بدین لحاظ بهتر است پل را در این حالت قطعه قطعه سوار کنیم البته باید توجه داشت چنانچه در نقشه های محاسباتی پلهای سراسری داده شده باشد مجبور به اجرای آن هستیم.

      1- نکاتی در مورد ساختن پلها

گاهی ممکن است برای دهانه ای پلها را با دو یا پی عدد تسمه که به بال تیر جوش     می شود تقویت نمائیم این تسمه ها معمولاً در تیرهای ساده در وسط پل و در تیرهای ممتد در نزدیکی تکیه گاه جوش می شود.

چنانچه برای تقویت پل از یک عدد تسمه استفاده نمائیم بهتر است که این تسمه از بالا جوش شود زیرا در صورتی که از پائین جوش شود در موقع سفید کاری مزاحمت ایجاد کرده و مجبور هستیم ضخامت گچ و خاک را در کلیه سطح سقف با اندازه ضخامت تسمه تقویتی افزایش دهیم. اگر پهنای تسمه تقویتی از بال تیر آن کمتر باشد اشکالی ایجاد نمی شود زیرا به راحتی می توان تسمه را روی پل قرار داده و جوشکاری نمائیم. ولی اگر پهنای تسمه از پل پهن تر باشد بهتر است تیرآهن پل را قبل از نصب در محل برگردانیده و محل تسمه را دقیقاً معلوم کرده و آن را از بالا جوش بدهیم باید دقت شود که طول جوش مطابق نقشه و به اندازه کافی باشد چنانچه طول جوش در نقشه قید نشده باشد طول آن در هر طرف نصف طول تسمه می باشد( در دو طرف مساوی طول تسمه)

    وصالی پلهای سراسری

با توجه به اینکه طول تیرآهن معمولی 12 متر است( در بعضی کارخانه ها تیرآهن نمرات بالا را 14 متری هم می سازند) اگر طول پل سراسری ما بیش از 12 متر باشد ناچار به اتصال دو قطعه تیر آهن به همدیگر هستیم که در این صورت باید کاملاً طبق نقشه محاسباتی عمل نموده و اگر در این مورد  دیتیل  نداشته باشد باید دو قطعه پل را با نظر مهندس محاسب یا مهندس ناظر کارگاه به وسیله تسمه با طول کافی از بالا و پائین جان تیر به همدیگر متصل نمائیم طول این تسمه و همچنین ضخامت آن و بعد جوش نسبت به تیرآهنهای مختلف متفاوت است چنانچه ممکن باشد بهتر است جوشکاری روی زمین و معمولی انجام شود و حتی المقدور از جوش سر بالا و سرازیر خودداری می شود.

 

اتصال دو پل که از کنار هم عبور می کند

چنانچه از دو سمت بال یک ستون دو پل عبور کنند بهتر است که این پل را با تسمه هائی در چند نقطه به همدیگر متصل نمائیم تا پل ها یکپارچه و با هم کار کنند. به این طریق این اتصال به مقدار قابل ملاحضه ای در مقابل نیروی زلزله مقاومت خواهد نمود.

  3- تیرهای لانه زنبوری

همانطوریکه می دانیم ممان اینرسی هر نقطه مادی نسبت به هر محور مساوی است با جرم آن نقطه ضرب در مجذور فاصله آن محور به همین دلیل در موقع طرح نیم رخ تیرآهن برای آنکه ممان مقطع هر قدر ممکن است بیشتر باشد قسمت اعظم وزن تیرآهن را در بالها که در دو طرف جان آن واقع شده است قرار داده اند تا هر قدر ممکن است از محور خنثی دورتر بوده و ممان  اینرسی آن بالاتر برود.

اینک چنانچه در محوری فرض شود که نیروی برشی وجود ندارد برای بدست آوردن ممان  باز هم بیشتر سعی می کند که بالها را از محور خنثی دورتر  نمایند. بدین لحاظ جان تیرآهن را مطابق شکل بریده و مطابق شکل آنرا جوش می دهند بدین طریق فاصله بالها از یکدیگر زیادتر شده و مقطع دارای ممان   اینرسی   بزرگتری می شود.

 

اینک برای اینکه ممکن است نیروی برشی احتمال در سیستم ایجاد شود و چون فرض یر این است که جان تیرآهن نیروهای برشی را تحمل می نماید و همچنین با توجه به منحنی برش  متوجه می شویم که حداکثر نیروی برشی در تکیه گاها موجود است ضمنناً همانطوریکه قبلاً توضیح داده شده است چنانچه تیرآهن را به صورت لانه زنبوری در بیاوریم جان تیرآن راضعیف کرده ایم برای اینکه تیرآهن بتواند در مقابل نیروی برشی احتمالی مقاومت نماید دو سوراخ نزدیک تکیه گاهها را به وسیله صفحه هائی می پوشانیم. ضخامت این صفحه و همچنین پهنای آن به وسیله محاسبه تعیین می گردد

 

و حداقل ضخامت آن 10 میلیمتر و پهنای آن مساوی پهنای تیر لانه زنبوری شده است.

   4- تیرچه

اگر برای پوشش سقف از طاق ضربی استفاده می نماییم ناچار باید همانطوریکه در ساختمانهای آجری توضیح داده شد تیر آهن  های با شماره محاسبه شده روی پلها کشیده و بین این آهنها طاق ضربی بزنیم این تیرچه ها ممکن است سرتاسری بوده و از روی پلها عبور نماید در این صورت باید محل برخورد تیرچه و پل جوشکاری شود بدیهی است در این حالت کلفتی پل از زیر دیده می شود که باید به وسیله سقف کاذب پوشانیده شود و به طبق نظر مهندس معمار اقدام گردد و یا تیرآهن ها توی دل پلها کار گذاشته می شود که در این صورت باید حتماً هر دو سر آن از یک طرف به وسیله یک عدد نبشی نمره 5 یا 6 به پل متصل گردد و تیرچه باید حتماً از یک طرف زبانه بشود و در غیر این صورت با اندازه ضخامت بال پل از زیر اختلاف سطح به وجود می آید که باید بوسیله گچ و خاک و سفیدکاری پر شود و سقف بار بیشتری را تحمل نماید.

چنانچه برای پل و تیرچه از یک شماره تیرآهن استفاده شود در این صورت تیرچه می باید از دو طرف زبانه شود.

 

   5- پرفیل های اتصال و میله مهار

در سقف های طاق ضری با توجه به خیز طاق که در حدود 2 الی 3 سانتیمتر      می باشد طاق نیروی در جهت افق به تیرآهنهای جانبی خود وارد می نماید. که این نیرو باعث   می شود که تیر آهن را به کنار رانده در نتیجه طاق فرو ریزد برای جلوگیری از اینکار آخرین تیرآهن را حداقل در دو نقطه به تیرآهن ماقبل آخر   می بندد و این کار معمولاً وسیله میله گردهایی به قطر 10 الی 12 میلیمتر انجام شود به این میله گردها میله مهار گفته می شود. البته از میله گرد در نقاط دیگر ساختمان مانند سقف کاذب و غیره نیز استفاده می شود.

از نبشی برای تکیه گاه پلها و همچنین برای اتصال تیرچه ها به پلها و اتصال ستون به صفحه زیر ستون استفاده می شود. محل استفاده صفحه برای ورق بست و وصله نمودن دو تیر آهن و غیره می باشد.

      وصله نمودن دو قطعه تیرآهن به یکدیگر

چنانچه مجبور باشیم دو قطعه تیرآهن را به همدیگر متصل نمائیم اگر از این تیر برای پل استفاده شود کافی است به وسیله دو قطعه تسمه به دو طرف جان تیرو یک قطعه تسمه روی بال تیر به سمت بالا آنها را بهم وصل نمائیم اگر این قطعه برای تیرچه استفاده شود به وسیله یک قطعه در جان تیر و یک قطعه وصله روی بال تیر آهن را بهم متصل می نمائیم طول و ضخامت تسمه طبق محاسبه بدست می آید ولی در ساختمان های معمول طول قطعه در حدود 6 سانتیمتر و ضخامت آن در حدود یک سانتیمتر کافی است.

    پله

در اینجا فقط توضیح داده می شود که در محل خم پله حتماً باید حداقل از یک رو وصله انداخته شود و برای این وصله اگر از یک عدد تسمه مستطیل شکل استفاده شود بهتر است.

 

 بادبند

در بازدیدهایی که از مناطق زلزله زده به عمل آمد مشاهده گردید ساختمانهای فلزی چند طبقه که بادبندی شده اند در مقابل نیروی زلزله مقاومت بیشتری از خود نشان  می دهند.

متداولترین بادبندها و نیم رخهائی از از فولاد هستند که به صورت ضرب در بین دو ستون قرار   می گیرند مانند نبشی، ناودانی، تیرآهن و غیره

برای آنکه سطح جوش در بادبندها به اندازه کافی باشد در محل اتصال بادبند به گره ها و یا محل برخورد دو پرفیل بادبند به همدیگر صفحه هائی جوش می دهند. طول و عرض و ضخامت این صفحه ها طبق محاسبه تعیین می گردد ولی ابعاد تقریبی آن در حدود 35× 35 سانتیمتر به ضخامت 10 میلیمتر می باشد.

اگر دهانه ای از ساختمان بادبندی شود بهتر است حتماً قسمتهای پایین همین دهانه تا روی فونداسیون بادبندی ادامه پیدا کند. این بادبندها باعث می شوند که در اثر باد و یا زلزله به بالای ستون می شود به سرعت به زمین منتقل گردد.

 

خر پا

برای پوشاندن دهانه های بزرگ که پوشانیدن آن به وسیله تیرآهن و یا بتون مشکل بوده و یا غیره ممکن می باشد از خرپا استفاده می گردد.

به وسیله خرپا دهانه های بزرگ حتی تا 100 متر را نیز می توان پوشانید برای ساختن خرپا از پرفیلهایی از قبیل نبشی و یا ناودانی و یا سپری استفاده می گردد زیرا در این نوع پرفیلها امکان طول جوش بیشتر میسر می باشد.

با توجه به اینکه بعضی از اجزاء خرپا در فشار و بعضی در کشش کار می کند مسئله طول جوش و بعد جوش در خرپا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به همین علت در گره ها صفحه ای بین دو ناودانی و یا دو نبشی قرار می دهند تا امکان برای طول جوش لازم فراهم گردد.

با توجه به طول دهانه و بارهای وارده کلیه اجزاء خرپا به وسیله محاسبه تعیین       می گردد.

اتصالات درساختمانهای فلزی

تعریف

هر ساختمان فلزی ترکیبی از اعضای جدا از هم است که این اعضا باید به طریق مناسبی به یکدیگر متصل شوند. در واقع، اتصالات در ساختمانهای فلزی شامل اتصالات مختلف است؛ نظیر تیر به ستون و ستون به فنداسیون و اتصال سایر اجزای اسکلت فلزی به یکدیگر است.

انواع اتصالات

بسته به نوع اتصال، لتصالات مختلفی را در اسکلت فلزی می توان نام برد؛ از جمله اتصال پرچی، اتصال پیچی و اتصال جوش که هر یک معایب و محاسنی دارند که در این جا به آنها خواهیم پرداخت.

اتصال پرچی: پرچ از قدیمی ترین وسایلی است که از آن برای اتصال اعضای   سازه های فلزی استفاده می شود. یک پرچ نکوبیده مطابق شکل زیر از یک تنه استوانه ای کوچک که سر آن دارای کلاهک می باشد تشکیل شده است. پرچها معمولاً از فولاد معمولی ساخته می شوند.

شیوه استفاده از پرچ: ابتدا پرچ را تا دمای سرخ شدن گرم می کنند؛ سپس آن را به وسیله انبر مخصوص درون سوراخ اتصال قرار می دهند و با ثابت نگه داشتن سر کلاهدار آن، سر دیگر را می کوبند تا به فرم کلاهک درآید و پرچ محکم گردد.

امروزه پرچکاری به این دلایل از رونق افتاده است:

1-    پیشرفت فن جوشکاری،

2-  تولید پیچهای اعلا و پر مقاومت،

3- نیاز به نیروی انسانی زیاد و ماهر برای پرچکاری،

4-  نیاز به نظارت و کنترل دقیق

5-  تولید سر و صدای زیاد به هنگام کوبیدن در پرچکاری و خطر آتش سوزی در کارگاه.

انواع مختلف پرچ: فرم سر میخ پرچ معمولاً به نوع کار بستگی دارد

به صورت سر نیم گرد یا سر خزینه ای، عدسی، تخت، نیم کره، یا تخت کله گردی است.

اتصالات پیچی: یک اتصال پیچی از نظر انجام کار، سریعتر و عملی تر از سایر اتصالات است و با توجه به سرعت و آسانی اجرا بر دیگر اتصالات برتری دارد. اجزای تشکیل دهنده هر اتصال پیچی( مطابق شکل پایین) شامل سرپیچ، تنه پیچ، واشر و مهره است.

الف- انواع پیچ با توجه به جنس آن

1-    پیچهای معمولی

2-  پیچهای ساختمانی دقیق

3- پیچهای اعلای پیش تنیده

1-    پیچهای معمولی: این پیچها که آنها را «پیچ خام» یا «پیچ سیاه» می نامند، دارای مقاومت خیلی زیاد نیستند و در محلهایی به کار می روند که نقش حساسی در ساختمان ندارند. مثل قطعات درجه دوم، مانند اتصال لاپه ها به خرپاها یا ساختمانهای سبک که فقط بار استاتیکی را تحمل می نمایند. لقی سوراخ این پیچها حدود 2 میلیمتر بوده و قطر آنها از 6 میلیمتر تا 100 میلیمتر ساخته می شود.

2-   پیچهای ساختمانی دقیق: این پیچها از فولاد با مشخصات بهتری ساخته می شود دقت و ابعاد آنها زیاد و لقی آنها در سوراخ کم و در حدود 3/0 تا 5/0 میلیمتر است این پیچها را به وسیله ضربه و پیچاندن در سوراخ قرار           می دهند. قطر این پیچها از 12 میلیمتر تا 38 میلیمتر متغیر است.

3-  پیچهای اعلای پیش تنیده: این پیچها از فولاد اعلا با مقاومتی چندین برابر پیچهای معمولی ساخته می شوند. طرز کار این پیچها با انواع قبلی به کلی متفاوت است، زیرا در این پیچها با تولید پیش تنیدگی، قطعات فلزی مورد اتصال را به یکدیگر می فشارند. هر وصله به صورت اصطکاکی عمل می کند. مقاومت جاری شدن این پیچها 8000 تا 9000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.

ب) نکات آیین نامه ای برای ابعاد اتصال با پیچ و پرچ

1- فاصله مرکز به مرکز پیچها یا پرچها از یکدیگر در هیچ حالتی نباید از برابر قطر آنها کمتر باشد. بهتر است این فاصله از 3 برابر کمتر نشود.

2- حداقل فاصله پیچ تا پرچ از لبه ورق به قطر پیچ تا پرچ بستگی دارد، و نحوه بریده شدن لبه ورق با قیچی«یا نورد شده(مثلاً بریده شده)» نیز در این فاصله مؤثر است. برای نمونه، چنانچه قطر پیچ از اینچ بالاتر باشد، فاصله لبه آزاد برای لبه نورد شده برابر (قطر x 25/1 )و برای لبه قیچی شده (قطر x 75/1 ) است.

3- حداکثر فاصله پیچ یا پرچ تا لبه نباید از دو برابر قطر ورق تجاوز کند. ضمناً این فاصله نباید از 15 سانتیمتر بیشتر شود.

4- سوراخ پرچها و یا پیچهای معمولی باید در حدود 6/1 میلیمتر از قطر و درجه بزرگتر باشد.

اتصالات جوشی: امروزه اجرای اتصالات اسکلت فلزی به وسیله جوش به طور گسترده ای افزایش یافته است.

جوشکاری

جوشکاری به عملی اطلاق می شود که طی آن تکه های فلز با حرارت دادن آنها به حالت خمیری یا مایع درآمده سپس به یکدیگر متصل می شوند. تاکنون 140 روش یا بیشتر برای جوشکاری ابداع شده که بعضی از آنها متداول و بعضی قدیمی شده است.

انواع جوشکاری

الف) جوشکاری با گاز: در این روش جوشکاری، ابتدا لبه فلز با حرارت ناشی از احتراق گاز ذوب می شود و همراه یا بدون فلز پر کننده در هم ادغام می شود و پس از انجماد عمل اتصال صورت می گیرد. گازهای سوختنی که در این نوع جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از: استیلن، پروپان، هیدروژن، گاز طبیعی و برخی گازهای سوختنی دیگر.

ب) جوشکاری قوس الکتریکی: معمولی ترین روشهای جوشکاری، خصوصاً برای جوش فولاد ساختمانی، استفاده از انرژی برق است؛ به این منظور، اغلب از قوس الکتریکی استفاده می کنند. در جوشکاری با قوس الکتریکی قطعات مورد جوش قسمتی از مدار الکتریکی به نام «مدار جوش» را تشکیل می دهند.

منبع انرژی جریان در این مدار یک مولد برق، مبدل یا مبدل یکسو کننده است. یکی از کابلهای خروجی از منبع انرژی به قطعه کار و کابل دیگر به الکترود متصل می گردد. هر گاه الکترود را به قطعه کار نزدیک کنیم، بین آن دو قوس الکتریکی ایجاد خواهد شد. اگر مدت ایجاد این قوس کمی طولانی شود، سبب ذوب شدن میله فلزی و قطعه کار خواهد گردید. از آن جا که حرارت قوس الکتریکی بسیار بالاست تقریباً ذوب آنی صورت می گیرد. فلز ذوب شده در مقابل اکسیژن و ازت موجود در هوا حساسیت بسیاری دارد. اگر این گازها از محوطه قوس الکتریکی دور نگه داشته نشوند فلز ذوب شده اکسید یا نیتریده می گردد و جوش حاصل ضعیف و شکننده خواهد شد. برای حفاظت جوش، از مفتولهای روکشدار استفاده می شود که به آنها «الکترود» می گویند.

ج) جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش دار: جوشهای قوس الکتریکی با الکترود روکش دار یکی از مهمترین، ساده ترین، و شاید کارآمدترین جوشهایی هستند که برای فولاد ساختمانی به کار می روند. این روش معمولاً «روش جوش برقی دستی با الکترود» خوانده می شود. در این روش جوشکاری فلز الکترود تبدیل به ماده پر کننده می شود و قسمتی از روکش به گاز حافظ جوشکاری و قسمت دیگر به گل جوشکاری تبدیل می گردد و قسمتی هم به وسیله فلز جوش جذب می شود.

روکش الکترود این کارها را صورت می دهد:

1-    با ایجاد سپرگازی خوا را جدا ساخته، قوس را تثبیت می کند.

2-   مواد دیگری مانند احیا کننده ها را وارد فلز جوش می کند تا به این ترتیب بافت ساختمانی آن را بهبود بخشد.

3-   با ایجاد یک روکش از گل جوشکاری روی حوضچه مذاب و جوش سخت شده آن را در مقابل اکسیژن و نیتروژن هوا حفاظت می کند و مانع سرد شدن سریع جوش می گردد.

شناسایی انواع الکترودها

الف) در استانداردهای مختلف برای نشان دادن اکترودها از علامتهای گوناگونی استفاده می شود؛ برای مثال، انجمن جوشکاری آمریکا علامتها را با حرف E شروع می کند و یک عدد چهار یا پنج رقمی به دنبال آن قرار می گیرد. پیشوند E نشاندهنده جوشکاری با قوس الکتریک و الکترود و دو رقم از چهار رقم یا سه رقم از پنج رقم معرف مقاومت کششی فلز الکترود بر حسب هزار پوند بر اینچ مربع است؛ برای مثال، الکترودهای نشان داده شده به صورت XX 50E یا XX 60E  به ترتیب دارای مقاومت کششی 50000  Psi (50هزار پوند بر اینچ مربع) و 60000  Psi (60هزار پوند بر اینچ مربع) است.

ب) روش دیگر شناسایی الکترودها استفاده از یک سیستم رنگی است که توسط خطوط رنگی مشخص انواع الکترودها از یکدیگر تشخیص داده می شوند.

 

انواع اتصالات جوشی

اتصالهای جوشی به عواملی از قبیل: اندازه، شکل اعضایی که به هم متصل        می شوند، نوع بارگذاری، سطحی از درز که برای جوشکاری قابل استفاده است و هزینه مقایسه ای انواع مختلف جوش بستگی دارد. به طور کلی پنج نوع اتصال جوش اصلی وجود دارد که عبارتند از:

1-    اتصال لب به لب،

2-  اتصال روی هم،

3- اتصال سپری،

4-  اتصال گوشه،

5-  اتصال پیشانی

اتصال لب به لب: این اتصال اغلب برای متصل ساختن انتهای ورقه های مسطح با ضخامتهای نسبتاً مساوی به کار می رود. در این روش، لبه هایی که جوشکاری   می شود معمولاً یخ می زنند، آماده می کنند و با دقت در یک راستا قرار            می دهند؛ سپس جوشکاری را آغاز می کنند. روی این اصل، این عمل اغلب در کارخانه  که نظارت بیشتری است،انجام می گیرد. دراتصال لب به لب از جوش شیاری با نفوذ کامل استفاده می شود.

اتصال روی هم: که از معمول ترین نوع اتصال است و انواع مختلفی به این شرح دارد:

اتصال روی هم سه مزیت دارد:

1-    سادگی جفن و جور کردن: ساخت این گونه اتصالات نیاز به وقت زیادی نسبت به سایر اتصالات جوشی ندارد. قطعات می توانند روی هم جابجا شوند؛ از این رو خطاهای کوچک ساخت پوشیده خواهد شد.

2-  سادگی اتصال دادن: لبه های قطعاتی که متصل می شوند، نیاز به آمادگی خاص ندارند و اغلب با برش عادی یا شعله بریده می شوند.

3- امکان اتصال روی هم صفحات با ضخامتهای متفاوت، مانند شکلهای صفحه پایین.

اتصال سپری: این نوع اتصال در ساخت، نیمرخهای مرکب به شکل T  و  I  و نیز ساختن تیر ورقها، آویزها،لچکها و عموماً قطعاتی کاربرد دارد که با زاویه با هم جفت می گردند.

اتصال گوشه: این نوع اتصال به طور عمده در ساخت مقاطع جعبه ای مستطیل شکلی که به صورت تیر یا ستون ساخته می شود، کاربرد دارند.

اتصال پیشانی: این اتصال نقش باربری ندارد و بیشتر در نگهداری دو یا چند صفحه در یک سطح یا نگهداری امتداد اولیه کاربرد دارد.

انواع جوش

جوشها به طور کلی به چهار نوع اجرا می شوند:

1-    جوش شیاری،

2-  جوش گوشه،

3- جوش انگشتانه،

4-  جوش کام.

در کارهای اسکلت فلزی از چهار نوع جوش گفته شده به نسبت زیر استفاده      می شود:

1-    جوش شیاری 15 درصد

2-  جوش گوشه 80 درصد

3- جوشهای کام و انگشتانه مجموعاً 5 درصد

الف) جوشهای شیاری: مورد استفاده اصلی جوش شیاری متصل ساختن قطعات سازه ای است که در روی یک سطح و در امتداد هم قرا گرفته اند.جوش شیاری بیشتر به منظور انتقال کل نیرویی است که به وسیله قطعاتی که با این جوش به هم متصل می شوند، به کار می رود. از این رو جوش باید دارای مقاومتی هم اندازه با مقاومت قطعات متصل شونده باشد. چنین جوشی را «جوش شیاری با نفوذ کامل» می گویند. وقتی درز جوش طوری طراحی شود که جوش شیاری در تمام عمق قطعات متصل شونده گشترش نیابد، به جوش، «جوش شیاری با نفوذ ناقص» گقته می شود.

در اشکال زیر، انواع جوش شیاری به نمایش درآمده و درهر یک نحوه آماده ساختن لبه های قطعات نشان داده شده است.

 

ب) جوش گوشه: جوش گوشه به دلیل سادگی انجام کار و قابلیت استفاده از آن در اغلب موارد دارای بیشترین کاربرد است.

در این شکلها انواع مختلف جوشهای

گوشه نشان داده شده است.

ج)جوشهای کام و انگشتانه: این نوع جوش گاه به تنهایی و گاه با ترکیب دیگر جوشها نظیر جوش گوشه یا برای کمک در انتقال برش در صفحات روی هم به کار می رود.

حداقل اندازه جوش: چون هنگام جوشکاری حرارت ایجاد شده باعث تاب خوردن و پیچیدگی فلز می شود، برای کنترل تاب خوردگی و نیز اطمینان از ذوب کامل که منجر به جوش درست می شود آیین نامه های مختلف، اندازه حداقلی را برای جوش، تعیین کرده اند. از جمله مقررات ملی ساختمان حداقل ضخامت گلوگاه جوش لب به لب و حداقل بعد جوش گوشه را در این جدولها ارائه نموده است.

حداقل ضخامت گلوگاه جوش لب به لب
ضخامت قطعه ضخیمتر	حداقل گلوگاه جوش
تا 6 میلیمتر	3 میلیمتر
6 تا 12 میلیمتر	5/4 میلیمتر
12 تا 20 میلیمتر	6 میلیمتر
20 تا 38 میلیمتر	8 میلیمتر
38 تا 57 میلیمتر	10 میلیمتر
57 تا 152 میلیمتر	12 میلیمتر
بالاتر از 152 میلیمتر	16 میلیمتر

حداقل بعد جوش گوشه
ضخامت قطعه ضخیمترمتصل شونده	حداقل بعد جوش گوشه
تا 7 میلیمتر	3 میلیمتر
7 تا 12 میلیمتر	5 میلیمتر
12 تا 20 میلیمتر	7میلیمتر
بیش از 20 میلیمتر	8 میلیمتر

منظور از اندازه جوش گوشه طول ساق آن است. ضمنناً اندازه جوش نباید از ضخامت قطعه نازکتر بیشتر باشد.

حداکثر اندازه جوش گوشه در طول لبه ها: آیین نامه AISC حداکثر اندازه جوش گوشه را که در طول لبه های قطعات متصل شونده مورد استفاده قرار می گیرد، به این شرح محدود می کند:

1-    در طول لبه های قطعاتی به ضخامت 4 الی 4/6 میلیمتر حداکثر اندازه مجاز جوش مساوی ضخامت قطعه باشد.

2-   در طول لبه های قطعاتیبه ضخامت 4/6 میلیمتر حداکثر اندازه جوش باید 6/1 میلیمتر کمتر از ضخامت صفحه متصل شونده باشد.

 

 کیفیت جوش و جوشکاری: ظاهر سطح جوش مشخصه مهمی از کیفیت جوش است. جوش خوب باید دارای ظاهری با این مشخصات باشد:

-       در آن ترک وجود نداشته باشد.

-       حفره سطحی، روی هم آمدگی، آمیختگی گل جوشکاری با جوش وجود نداشته باشد.

-       عرض و موج یکنواخت داشته باشد.

-       اگر جوش لب به لب است، سطح جوش با سطح ورق یکسان باشد یا اندکی برآمده بدون آن که گرده ماهی شود.

-       اگر جوش گوشه است، پای جوش روی دو ورق مساوی باشد.

لازم به یادآوری است که مقدار جوش در روی نقشه های اجرایی مشخص است و انجام جوش اضافی ممکن است سبب ازدیاد نیروهای انقباضی گشته و باعث تاب برداشتن قطعه شود؛ بنابراین، جوشکاری باید عملیات را زیر نظر مهندسان و مطابق نقشه های اجرایی انجام دهند.

ترک در جوش: عواملی که سبب ترک خوردن در حین جوشکاری می گردند، عبارتند از:

1-    درگیر بودن اتصال که سبب تنشهای بالایی در جوش می گردد.

2-  چنانچه سطح جوش مقعر باشد، ممکن است در سطح جوش شدت تنش بالایی به وجود آید که سبب ترک طولی در نوار جوش می شود.

3- خنک شدن سریع جوش باعث ترک خواهد شد، خصوصاً وقتی که همراه با رطوبت و آلودگی سطح جوش باشد.

با رعایت این نکات می توان از ایجاد ترک در سطح جوش جلوگیری کرد:

1-    اجرای یک تحدب حداقلی در سطح خارجی نوار جوشو نسبت عرض به عمق جوش را در حد معقولی حفظ کرد.

2-  با کنترل مقدار حرارت داده شده به فلز که شامل حرارت پیش گرمی، حرارت جوشکاری، حرارت پاسهای بعدی جوش است، می توان تنشهای انقباضی جوش را به حداقل رساند و سرعت خنک شدن جوش را پایین آورد. دو عامل یاد شده علل مهمی در ترک خوردن جوش هستند. به طور کلی، شناسایی جوش خوب و قابل قبول بر اثر تجربه و با انجام آزمایشهای گوناگون میسر است که در ضخامت بعد اشاراتی مختصر خواهد شد. در شکل زیر نمونه هایی از خط جوش مناسب را می بینید.

جوشکاری صفحات ضخیم: در جوشکاری صفحات نازک ترک خوردگی بسیار کم اتفاق می افتد، زیرا حرارت ایجاد شده حین جوشکاری عملاً تمام درز جوش را گرم می کند و به دنبال آن، جوش به کندی خنک می شود و در حین خنک شدن- با توجه به این که هر چه قدر ورق نازکتر باشد سختی خمشی آن کمتر است- صفحات خمش خورده از ایجاد ترک در جوش جلوگیری می شود، اما در صفحات ضخیم به علت سختی خمشی زیاد صفحات جوش خورده خمش نمی یابند؛ در نتیجه تمام تنشها در حین خنک شدن وارد شده باعث ترک در جوش می شود.

برای جلوگیری از ترک جوش، قبل از جوشکاری تعدادی سیم نرم بین دو صفحه قرار داده سپس عمل جوشکاری انجام می شود. در نتیجه، موقع سرد شدن جوش تنشها به سیم نرم منتقل شده از ترک خوردن خود جوش جلوگیری می شود.

 

اندازه گیری و کنترل جوش: ایمنی یک سازه اسکلت فلزی مرهون جوشکاری و اجرای صحیح اتصالات است. عملیات بازرسی و کنترل جوش قبل از برقراری اولین قوس آغاز می گردد و در حین جوشکاری ادامه می یابد. در صورت نیاز امکان دارد از اتصالات انجام شده یک آزمون نیز به عمل آید. چون اجرای چنین نظارتی عملاً امکان پذیر نیست، باید کوشید.

اولاً: از روشهای صحیح جوشکاری استفاده کرد؛

ثانیاً : از جوشکاران با صلاحیت در انجام کار استفاده نمود؛

ثالثاً : ناظران با تجربه و با صلاحیت حضور دائمی بر اجرای کار داشته باشند؛

رابعاً : از روشهای خاص بازرسی و کنترل در مواقع مقتضی استفاده شود.

برای سازه های کم اهمیت، با استفاده از ابزاری خاص به نام گرده سنج، ابعاد جوش بررسی و اندازه گیری می شود، اما برای سازه های مهم و برای جوشهایی که شکست آنها ممکن است فاجعه آفرین باشد، از روشهای بازرسی سختگیرانه تر نظیر: روش ماورای صوت، روش پرتونگاری و روش ذرات مغناطیسی استفاده     می شود.

در روش ماورای صوت، امواج صوتبا فرکانس فوق العاده زیاد از جوش عبور داده می شوند، معایب جوش صدا را منعکس می سازند؛ در حالی که جوش سالم مانع عبور امواج صوتی می گردد.

روش پرتونگاری با استفاده از اشعه ایکس و گاما صورت می گیرد و با عکسبرداری عیب جوش مشخص می شود.

روش ذرات مغناطیسی به این صورت است که از براده آهن که در اطراف جوش ریخته شده و در اثر عبور جریان الکتریکی پولاریزه می کنند. در این حالت شکل براده ها در هر مورد به وسیله ناظر باتجربه تعبیر و تفسیر و عیب جوش مشخص می گردد.

 

علامتهای جوش در نقشه های اجرایی: علامتهای اصلی جوش مطابق جدول پایین آمده است.

منابع

کتاب فن آوری ساختمانهای فلزی مؤلفان : محمد حق نگر و دیگران

برگرفته از سایت های الکترونیکی:

http://mojepishro.ir

http://edu.tebyan.net

طراحی نهایی دالها

2-طراحی نهایی دالها:

دال مورد استفاده در این ساختمان در چهار لبة خود متکی بر دیوار یا تیرهای قوی می باشد. همة دالها دارای شرایط زیرند:

1-        در چهار طرف روی تیرها یا دیوارهایی تکیه دارند.

2-        رابطة زیر در مورد تیرهای زیرسری صادق است:

که در رابطة فوق:

bw=عرض جان تیر که برابر با 40 سانتیمتر است.

hb=ارتفاع کل تیر که برابر با 50 سانتیمتر است.

ln=دهانه آزاد که حداکثر مقدار آن در بزرگترین چشمه برابر با 520-40=480 cm است.

hs=ضخامت دال که برابر با 15 سانتیمتر است.

3-       نسبت طول آزاد دالها به عرض  آزاد آنها, کوچکتر یا مساوی 2 می باشد.

4-       بارهای وارد بر دالها, همه بارهای قائم بوده و بصورت یکنواخت پخش شده اند.

بنابراین تمام این دالها شرایط آئین نامه بتن ایران را برای دالهای دوطرفة متکی در لبه ها ارضاء می کنند. در هر طبقة این ساختمان 7 نوع دال داریم که اینها در نقشة تیپ بندی دالها رسم و نشان داده شده اند. دال تیپ 8 مربوط به دال سقف خرپشته است و مثل دال بام بارگذاری می شود.

برای طراحی این دالها از روش ضرایب جدولی استفاده می شود. بعنوان مثال برای دال تیپ 2 واقع در طبقة سوم داریم:

ضخامت اولیة دال:

ضخامت اولیة دال طبق مرحلة قبل برابر با 15 سانتیمتر انتخاب می شود.

محاسبة بار نهایی وارد بر دال:

طبق بارهای حاصله در مرحلة قبل بار مردة این طبقه برابر با 7.41 KN/m2 و بار زندة آن برابر با 2 KN/m2 می باشد. در نتیجه:

wu=1.25wD+1.5wL=1.25×7.41+1.5×2=12.2625 KN/m2

تعیین لنگرهای طراحی:

طول دهانة کوتاه برابر با 5.0 متر و طول دهانة بلند برابر با 5.2 متر می باشد و در نتیجه m برابربا 0.96 خواهد شد و ضرایب لنگر و برش براساس این m  درون یابی می شوند.

لنگر منفی در لبة ممتد دال

(در امتداد دهانة کوتاه)M-=0.037×12.2625×5.02=11.343 KN.m/m

(در امتداد دهانة بلند)M-=0.057×12.2625×5.22=18.90 KN.m/m

لنگر مثبت

در امتداد دهانة کوتاه:

(بار مرده)M+=0.0216×9.2625×5.02=5.00 KN.m/m

(بار زنده)M+=0.0304×3×5.02=2.28 KN.m/m

کل M+=7.28 KN.m/m

در امتداد دهانة بلند:

(بار مرده)M+=0.0214×9.2625×5.22=5.36 KN.m/m

(بار زنده)M+=0.0276×3×5.22=2.24 KN.m/m

کل M+=7.60 KN.m/m

لنگر منفی در لبة غیرممتد

 (در امتداد دهانة بلند)M-=3/4×7.60=5.7 KN.m/m

چون چشمة مذکور در امتداد دهانة کوتاه خود لبة غیرممتد ندارد, مقدار لنگر غیرممتد در امتداد آن دهانه برابر با صفر فرض می شود.

حال ظرفیت خمشی حداکثر ضخامت 150 میلیمتر را تعیین می کنیم.

چون شرایط محیط ملایم است, مقدار پوشش بتن برای دالها برابر 25 میلیمتر در نظر گرفته می شود.

d=h-cover=150-25=125 mm

b=1000 mm

Asmax=ρmaxbd=0.0203×1000×125=2537.5 mm2

Mr=As(Фsfy)(d-0.5a)=2537.5×0.85×400×(125-0.5×67.7)=78.765 KN.m/m

ملاحظه می شود که لنگر فوق از تمام لنگرهای موجود بزرگتر می باشد, در نتیجه احتیاج به هیچ گونه فولاد فشاری نداریم.

تعیین فولاد حداقل:

فولاد حداقل=0.0018bh=0.0018×1000×150=270 mm2/m

محاسبة فولاد گذاری:

برای تعیین سطح مقطع فولاد ها از رابطة زیر استفاده شده است:

که Mu حداکثر لنگری می باشد که برای فولاد طراحی می شود.

در نتیجه داریم:

سطح مقطع فولادهای دهانة کوتاه(d=125 mm)

(لبة ممتد)M-=11.343 -> As=274.95 mm2/m (Ф10at280 , As=280.5 mm2/m)

            M+=7.280  -> As=174.54 mm2/m

چون مقدار فوق از فولاد حداقل(Asmin=270 mm2/m) کمتر است, پس برابر با فولاد حداقل در نظر گرفته می شود,

          As=270 mm2/m (Ф10at290 , As=270.8 mm2/m)

(لبة غیرممتد)M-=0 -> As=Asmin=270 mm2/m (Ф10at290 , As=270.8 mm2/m)

سطح مقطع فولادهای دهانة بلند(d=115 mm)

(لبة ممتد)M-=18.90 -> As=514.00 mm2/m (Ф10at150 , As=523.6 mm2/m)

           M+=7.600 -> As=198.96 mm2/m

چون مقدار فوق از فولاد حداقل(Asmin=270 mm2/m) کمتر است, پس برابر با فولاد حداقل در نظر گرفته می شود,

          As=270 mm2/m (Ф10at 290 , As=270.8 mm2/m)

(لبة غیرممتد)M-=0 -> As=Asmin=270 mm2/m (Ф10at 290 , As=270.8 mm2/m)

فولادهای نوارهای لبه ای

در هر امتداد لنگر متوسط در نوار لبه ای مساوی ⅔ لنگر نوار میانی است. بنابراین کافی است در نوار لبه ای, فاصلة میلگردهای بدست آمده برای نوار میانی در 1.5 ضرب شود. البته فاصلة حداکثر میلگردها نباید از h=3×150=450 mm یا 350 میلیمتر تجاوز نماید. پس داریم:

لبة ممتد در امتداد دهانة کوتاه=(Ф10at350)

وسط دهانه در امتداد دهانةکوتاه= (Ф10at350)

لبة غیرممتد در امتداد دهانة کوتاه=(Ф10at350)

لبة ممتد در امتداد دهانة بلند=(Ф10at220)

وسط دهانه در امتداد دهانة بلند= (Ф10at350)

لبة غیرممتد در امتداد دهانة بلند=(Ф10at350)

انتخاب نقاط قطع میلگردها:

نقاط قطع میلگردهای دال در هر جهت در نقشه های پروژه ترسیم شده است.

کنترل برش:

بار کل نهایی دال=WU=5.0×5.2×12.2625=318.83 KN

شدت بار گستردة یکنواخت روی تیر بلند=0.63/2×1/5.2×318.83=19.31 KN/m

شدت بار گستردة یکنواخت روی تیر کوتاه=0.37/2×1/5.0×318.83=11.80 KN/m

و

مقاومت برشی مقطع=Vc=0.2Фc√fcbd=0.2×0.6×5×1000×125×10-3=75 KN/m

ملاحظه می شود که مقاومت برشی مقطع از برشها موجود بیشتر است و مقطع دال در برابر نیروهای برشی مقاوم است.

همچنین با توجه به ضرایب برش, 63% از بارها در امتداد دهانة کوتاه و 37% بقیه در امتداد دهانة بلند حمل می شوند.

محاسبة تغییرشکل دال:

محاسبات مربوط به تغییرشکل تحت بارهای بدون ضریب صورت می گیرد. با توجه به اینکه لنگرها بر اساس بارهای نهایی(بارهای بدون ضریب) محاسبه شده اند, لازم است بر ضریب بار تقسیم گردند, تا لنگر ناشی از بارهای خدمت بدست آیند.

Mbl=1/1.5×2.24=1.493 KN.m/m

Mbd=1/1.25×5.26=4.288 KN.m/m

Ec=5000√25=25000 N/mm2

Ig=1000×1503/12=281250000 mm4

EcIg= 7.03125E+12

∆l=3/32×1.493×106×52002/ 7.03125E+12=0.54 mm

∆d=1/16×4.288×106×52002/ 7.03125E+12=1.03 mm

چون ρ' برابر صفر است و با فرض محاسبة حداکثر نشست در بیش از 5 سال, تابع زمان ζ برابر با 2 خواهد شد, پس تغییرشکل کل ناشی از بار مرده برابر خواهد بود با:

کل ∆d=(1+λ)∆d=3.09 mm

∆T=∆l+∆d=3.63 mm

مقدار خیز مجاز برابر با 360/1 طول دهانة کوتاه است, که برابر با 14 میلیمتر می باشد, که از خیز محاسبه شده کمتر است, پس از نظر خیز دال قابل قبول است.

بدین ترتیب دال تیپ 2 واقع در طبقة سوم طراحی شد. طراحی بقیة دالها نیز در جداول صفحة بعدی آورده شده است.

آنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی مودال (MPA)

آنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی مودال (MPA)

 

بخش اول:

آنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی (POA)

     مقدمه

به عنوان قسمتی از هر برآورد لرزه ای یا طراحی لرزه ای، مهندس طراح باید تحلیلی از سازه با در نظر گیری خطر لرزه ای در محل ساختمان، برای برآورد کمیت‌های پاسخ سازه انجام دهد. این پاسخ ها اگر در حدود پاسخ مجاز سازه قرار گیرد، قبول می گردند. در حالت کلی، تحلیل سازه شامل اثر دادن توزیع جانبی نیروهای زلزله به علاوه نیروهای ثقلی بر یک مدل ریاضی از سازه می باشد. روشهای تحلیل سازه با توجه به این مطلب که مدل ریاضی خطی یا غیرخطی می باشند و یا اینکه نیروها، دینامیکی و استاتیکی می باشند قابل تمایز می باشند. فرض اصلی در یک مدل ساختمان خطی آنست که المانهای ساختمان برای مثال تیرها و ستونها، دارای قدرت نامحدود و سختی ثابت در حین تحلیل می باشند. از طرف دیگر یک مدل غیرخطی سعی می کند کاهش مقاومت و سختی اعضا را در مدل ساختمان در هنگام خرابی در نظر بگیرد. در تحلیل استاتیکی، یک توزیع فرضی نیروهای زلزله به ساختمان اعمال می‌گردد. بنابراین، این نوع تحلیل ،پاسخ های متغیر با زمان سازه را که در تحلیل دینامیکی منظور می شوند، در نظر نمی گیرد. روش های تحلیل سازه به روشهای زیر تقسیم بندی می شوند (ATC،1997)، استاتیکی خطی (LS) دینامیکی خطی (LD)، استاتیکی غیرخطی (NS)، دینامیکی غیرخطی (ND).

به خاطر فرضیات موجود در به کارگیری روش خطی فرض می شود (ND) روش دقیق است و سایر روشها، روشهای تقریبی می باشند.

تا این اواخر آیین نامه های طراحی ساختمانهای جدید بیشتر بر روی روشهای تحلیل خطی تمرکز کرده اند. دلیل آنکه به روشهای غیرخطی کمتر پرداخته شده آنستکه روشهای غیرخطی برای امر طراحی بسیار پیچیده می باشند. به علاوه این روشها نیازمند به کارگیری کامپیوترهای بسیار قدرتمند می باشد و نیز عدم قطعیتهایی نیز دارند.

ATC-40  بر روش NS برای برآورد لرزه ای تکیه می کند. FEMA 273/274 روشهای NS و ND را تحت پوشش قرار می دهد. در زمان حاضرآنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی، POA به عنوان یک روش کامپیوتری ساده شده برای برآورد عملکرد ساختمانها روز به روز اقبال بیشتری می یابد. این روش فرض می کند پاسخ سازه تنها با مد اول کنترل می شود و این مد در کل تاریخچه زمانی ثابت می‌ماند. مثالهای فراوانی نشان داده اند که حداکثر پاسخ سازه با این روش، بدون در نظر گیری مدهای بالاتر کمتر تخمین زده می شود و خطای قابل توجهی به خصوص برای سازه های با زمان تناوب بلند یا هنگامی که مکانیزمهای محلی تشکیل گردد (به علت تغییر خواص دینامیکی سازه) ایجاد می گردد. که محققین زیادی در این موردد تحقیق نموده اند(، Fajfar & Fishinger ،Faella 1981، Saiid & Sozen 1981 ،Fajfar & Gaspersic ، Rutenberg & Destefano 1997   Fajfar & Kilar) و نتایج برخی از این تحقیقات در ادامه ارائه خواهد شد. لازم به توضیح است کارآیی قابل قبول و سطح خطر زلزله به صورت زوج در آیین نامه های مربوطه تعریف شده‌اند.

 در سالهای اخیر، روش NS نسبت به ND با توجه بیشتری روبرو بوده است. که این لزوم بررسی صحت این روش را موجب می گردد.

2-1- پیدایش روش غیر خطی  استاتیکی

درسال 1975 فریمن (Freeman) وهمکارانش یک روش ارزیابی سریع بدست آوردند که درواقع مانند روش طیف ظرفیت امروزی می باشد.درسال 1981سیدوسوزن (Saiid & Sozen) یک روش آنالیز دینامیکی غیر خطی برروی یک سیستم یک درجه آزادی معادلSDOF پیشنهاد کردند.براساس این ایده فایفر وفیشینگر (Fajfar & Fischinger)در اواسط سال 1980 اولین نسخه از روش N2  بدست آوردند.(منظور ازN تحلیل غیر خطی و عدد 2 مدلهای ریاضی یک درجه ازادیFSDO وچنددرجه آزادی MDOF می‌باشد).

به هرحال جامعه مهندسی زلزله توجه زیادی به روشهای ساده غیرخطی تا اواسط سال1990 نداشتند .در روشهای ساده شده غیرخطی تحت عنوان روش طیف ظرفیت در آیین نامه های ATC 40 و ترای سرویسزTriservices، استاندارد ساختمان ژاپن ، روش آنالیز استاتیکی غیر خطی اعمال شده درFEMA273 وFEMA356، روش  N2اجرا شده در پیش نویس Eurocode 8 وآنالیز Pushover مودال تفاوتهای بسیاری دیده می شود و نیزچندین روش غیر خطی در کتاب آبیSEAOC اجرا شده است.تمام روشهای موجود آنالیزPushover یک مدل چند درجه‌آزادی را با آنالیز طیف پاسخ سیستم یک درجه آزادی معادل SDOF،ترکیب می کنندوطیف الاستیک وغیر الاستیک بر اساس یک میرایی معادل وپریود اعمال می شوند که در واقع طیف غیر الاستیک نقطه جاری شدن (تسلیم)را حاصل می کند.روشهای ارائه شده در آیین نامه FEMA روشهایی هستند که براساس فرمت شتاب– تغییر مکان (A-D) فرمول بندی شده اند.در این شکل ظرفیت سازه به طور مستقیم با تقاضای حرکت زمین در زلزله روی یک سازه مقایسه می شود.منحنی نیرو-تغییرمکان که توسط آنالیز استاتیکی غیر خطی به دست آمده است ، ظرفیت سازه را نشان می دهد.

نیروهای برش پایه وتغییر مکانهای بام به طیفهای شتاب وطیفهای تغییر مکان یک سیستم یک درجه آزادی معادل SDOF برگردانده می شوند که مقادیر این طیفها نمودار ظرفیت را تعریف می کند.مقادیر طیف لرزه ای تقاضا در بین روشهای متفاوت دارای محتوای مختلفی است .درتمام حالات، تقاطع منحنی ظرفیت وطیف تقاضا یک تخمینی ازشتاب غیر الاستیک(مقاومت) وتغییر مکان تقاضا را بدست می دهد.بنابراین بسیاری از  روشهای ساده شده به سمت طراحی براساس کنترل تغییرشکل (که طراحی براساس تغیرمکان نامیده میشود)سوق یافته ودرحال گسترش می باشند.تمام روشها براساس سازه های صفحه ای محدود می شوند که اخیرا فرضیاتی جهت توسعه وکاربردی کردن روشهای موجود برای سازه های نامتقارن با استفاده ازتحلیلهای سه بعدی3D انجام گرفته است وروشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی جهت تعیین وتخمین پاسخ لرزه ای سازه های نامتقارن توسعه داده شده است.روشهای پیشنهاد شده در واقع شامل پاسخهای پیچشی ناشی از تاثیرات آنالیزهای سه بعدی این ساختمانهای نامتقارن می باشند که درفرم جدید این روشها با استفاده از آنالیزهای دینامیکی الاستیک ساختمانها ،جهت تعیین تغییر مکانهای هدف وشکل توزیع بار جانبی برای آنالیز استاتیکی غیر خطی استفاده می کنند.

3-1- فرضیات اساسی

تمام آنالیزها توسط برنامه هایی تحت عنوان برنامه های آنالیز اجزای محدود              FEAP(Finite Element Analysis Program)به صورت استاتیکی ودینامیکی غیر خطی انجام پذیر است.آنالیزهای فوق قابل تعمیم از حالت دوبعدی به حالت سه بعدی می باشند.نتایج آنالیز نسبت نیرو - تغییر شکل را برای تمام مقاطع در طول المان ونسبت تنش - کرنش را برای تمام نقاط مقطع المان نشان میدهد.فرضیات بنیادین در آنالیز استاتیکی غیر خطی فزاینده شامل موارد زیر می باشد (بحث تکمیلی موارد 1 تا 4 در بخشهای بعدی ارایه خواهد شد):

1-3-1- کنترل بر اساس نیرو یا تغییرمکان Displacment Control  Force vs.

آنالیز مورد نظر قابل انجام در دوحالت زیر می باشد:

الف- یک توزیع تغییر مکان افقی               

ب- یک توزیع نیروی افقی            

درحالتی که یک نوع توزیع تغییر مکان افقی وجود دارد، سازه  متحمل یک نوع تغییر فرم از پیش تعیین شده می گردد که باید تفاوت مناسبی با فرم طبیعی سازه داشته باشد،به خصوص زمانی که اجزای سازه منجمله قابها وارد ناحیه پلاستیک می شود.

2-3-1- الگوهای بارگذاری Pattern Shape     Load     

بارهای جانبی اعمال شده به هر کف در هنگام آنالیز استاتیکی غیرخطی می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در پیش بینی سیستم و نیروهای المانها داشته باشد. این الگوی بارگذاری جانبی باید به گونه ای باشد که نشان دهنده نیروهای اینرسی موجود بر سازه در هنگام زلزله باشد. الگوهای بارگذاری جانبی به دو دسته ثابت و متغیر تقسیم می‌گردند. در مورد الگوی بارگذاری جانبی ثابت، فرض می شود نیروهای اینرسی در هنگام پاسخ سازه به زلزله ثابت می مانند. این نوع بارگذاری قابلیت به حساب آوردن تغییرات توزیع نیروی جانبی سازه را به علت تغییر سختی، ناشی از رفتار غیر خطی را ندارد. از آنجایی که توزیع رفتار غیرخطی بسته به الگوی بار ممکن است تغییر کند، پیشنهاد شده است که چند توزیع در هنگام انجام آنالیز در نظر گرفته شود.

برای بارگذاری می توان روشهای مختلفی استفاده نمود سه نوع روش معمول عبارتند از:

اشکال مختلف توزیع بار

الف- شکل توزیع نیرو به صورت مثلثی معکوس

ب- شکل توزیع یکنواخت

ج- شکل توزیع نیرو با در نظرگیری مدهای بالاتر                               

با توجه به نتایج حاصل از آنالیزهای مختلف استاتیکی غیر خطی افزاینده مشخص شده است این بارگذاریها برای انواع خاصی از سازه ها جوابهای مناسبی بدست می دهند و قابل کاربرد برای تمامی انواع سازه ها نمی باشند.

همانطوریکه اشاره شد برای بارگذاری حالات گوناگون و متعددی وجود دارد و بنا بر فلسفه اولیه تحلیل فزاینده استاتیکی غیرخطی (در نظر گیری مد اول) باید برای رسیدن به درک درستی از رفتار لرزه ای سازه حداقل 2 توزیع متفاوت در نظر گرفته شود برای مثال مطابق آیین نامه FEMA 356 داریم:

I) الگوی مدی

الف) در صورتی که مشارکت جرمی در مد اول بیشتر از 75% باشد از توزیع Cvx به صورت زیر می توان استفاده نمود.

 Kبین این دو عدد به صورت خطی تغییر می کند.

ب) یک توزیع قائم متناسب با شکل مد پایه (مد اول) در جهت مورد بررسی (تنها در هنگامی که مشارکت جرمی بیشتر از 75% باشد).

ج) یک توزیع قائم با در نظر گیری ترکیب برش مدی حاصل از تحلیل طیف پاسخ که تعداد مد به گونه ای انتخاب شده باشد که حداقل 90% مشارکت جرمی حاصل شده باشد. این توزیع زمانی استفاده می گردد که تناوب مد اول از Sec1 بیشتر باشد.

II) الگوی دوم (یکی از دو صورت زیر استفاده شود)

الف)یک توزیع یکنواخت که شامل نیرویی متناسب با جرم در هر تراز می باشد.

ب) توزیع سازگار شونده که با توجه به تغییر شکل سازه تغییر می یابد. این توزیع بار با در نظرگیری خواص تسلیم سازه باید اصلاح شود.

انواع توزیع بار پیشنهادی:

الگوی A:                                                                                                    

الگوی B:

الگوی C:(الگوی مدی)

الگوی D:

توضیح الگوی D:

بعد از انجام آنالیز مد اول برش طبقات به واسطه روش SRSS قابل محاسبه می‌باشد اگر فرض کنیم Fij و Qij به عنوان نیروی جانبی و برش طبقه i در مد  jام باشند و Qi برش طبقه i حاصل از SRSS، N مد می‌توانیم برای محاسبه Pi (نیروی جانبی معادل) روابط عنوان شده را به کار بریم.

 ضریب تاثیر افقی زلزله طبق آیین نامه چین می باشد.

 ضریب مشارکت مدی می باشد.

Xij تغییر مکان نسبی افقی طبقه نامتناظر با مد j است.

Wi نیز وزن طبقه iام می باشد.

بنا بر مطالعات انجام شده این روش نسبت به روشهای قبلی جوابهای بهتری ارایه می دهد.

لازم به توضیح است علی رغم تمامی تلاشهای صورت گرفته و بهبودهای نسبی هنوز هم مشکلات این روش به جای خود باقی می باشند. اخیراً توسط Chopra و Goel روشی ارائه شده است که به نام MPA یا  Modal Pushover Analysisشناخته می‌شود در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

3-3-1- تبدیل سازه چنددرجه آزادیMDOF به سازه یک درجه آزادی معادلSDOF

تبدیل سازه چنددرجه آزادی به سازه یک درجه آزادی معادل

فرمول بندی سیستم تک درجه آزادی منحصر به فرد نمی باشد اما روشهای زیادی بر مبنای بردار شکل و معادله تعادل دینامیکی شکل گرفته اند. معادله دیفرانسیل حاکم بر سازه چند درجه آزادی عبارتست از:

                                                               (1)

که [M] ماتریس جرم، [C] ماتریس میرایی، {X} بردار تغییر مکان نسبی، {Q} نیروی طبقه و  تاریخچه شتاب حرکت زمین می باشد.

اگر بردار شکل {} را نسبت به جابجایی بام xt نرمال کنیم داریم.

                                                                                          (2)

با جاگذاری در معادله 1

                                                    (3)

اگر تغییر مکان مرجع تک درجه آزادی را xr بنامیم.

                                                                                      (4)

با پیش ضرب معادله (3) را در  و با جایگزینی xt از معادله (4) معادله حاکم عبارت خواهد بوداز:

                                                                             (5)

که داریم. [FEMA (1998)]

                                                                                             (6)

                                                                                                   (7)

                                                         (8)

تناوب اولیه سیستم تک درجه آزادی (Teq) به صورت زیر قابل محاسبه می باشد.

                                                                                                    (9)

که Kr سختی الاستیک سیستم تک درجه آزادی معادل می باشد.

ارتباط نیرو- تغییر مکان در سیستم تک درجه آزادی معادل از نتایج NSP یک ساختمان چند درجه آزادی با توجه به بردار شکل محاسبه شده در بالا قابل محاسبه می باشد. برای تشخیص قدرت و تغییر مکان کلی یک رابطه چند خطی به صورت رابطه ای دو خطی ارائه می گردد.

به عنوان راهنما روابط میان نیرو در مقابل تغییر مکان برای سیستم MDF و سیستم معادل SDF در شکل ارائه شده اند.

 

 

 

 

 

 

 

 ایده آل سازی دوخطی

 

 

 

 

 

FEMA 273

 

 

 

FEMA 356

نیروی برش پایه در تسلیم (Vy) و تغییر مکان معادل بام (xt,y) از شکل فوق به همراه معادلات 3و4 به منظور محاسبه رابطه نیرو- تغییر مکان سیستم SDF معادل به صورت زیر به کار می روند.

تناوب اولیه سیستم تک درجه آزادی معادل (Teq) به صورت زیر بیان می شود.

                                                                                            (10)

در جایی که  برای سیستم SDF مرجع به صورت زیر محاسبه می گردد.

                                                                       (11)

و نیروی تسلیم سیستم مرجع SDF به صورت زیر محاسبه می گردد.

                                                                                                  (12)

که {Qy} نیروی طبقه در هنگام تسلیم می باشد.

 ، برابر در سیستم چند درجه آزادی فرض می شود.

4-3-1- تغییر مکان هدف

همانطوریکه عنوان شد صحت روش POA وابستگی زیادی به توزیع بار و تغییر مکان هدف معرفی شده دارد در این قسمت به روشهای پیشنهادی برای بدست آوردن تغییر مکان هدف می پردازیم.

با استفاده از اطلاعات بالا می توان تغییر مکان هدف را بدست آورد. در حقیقت استفاده از خصوصیات سیستم تک درجه آزادی به همراه اطلاعات طیف مربوط به سیستمهای یک درجه آزادی غیرالاستیک، اطلاعات لازم برای تخمین تغییر مکان هدف را بدست می دهد.

برای سیستمهای الاستیک تغییر مکان طیفی از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد.

اما تغییر مکان سیستمهای غیرخطی متفاوت است (شکل زیر). در محدوده تناوب کم، نسبت تغییر مکان غیرالاستیک به الاستیک قویاً به نیاز تغییر مکان غیرالاستیک سیستم بستگی دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

رابطه بین R و C1

رابطه میان نسبت شکل پذیری و نسبت تقاضای قدرت الاستیک به غیرالاستیک توسط روابط ارائه شده توسط میراندا و برترو 1994 قابل بیان می باشد.

بنابراین برای محاسبه تغییر مکان هدف تقاضای شکل پذیری سیستم SDF باید محاسبه گردد. داریم:

                                                                                   (14)

رابطه 14 بیانگر پاسخ یک سیستم SDF با جرم واحد و تناوب Teq و قدرت تسلیم Fy,eq که به صورت زیر بیان می گردد، می باشد.

                                                                                                         (15)

اگر طیف الاستیک معلوم باشد داریم:

                                                                                                    (16)

پس می توانیم فاکتور کاهش مقاومت R را به صورت زیر محاسبه کنیم.

                                                                                      (17)

حال می توانیم با توجه به روابط منتشر شده میان  نیاز شکل پذیری سیستم را بدست آوریم. به این نکته توجه شود که روابط منتشر شده حاوی مقادیر میانگین می باشند و برای بدست آوردن  برای سیستمهای مهم بهتر است از میانگین به علاوه یک انحراف معیار استاندارد استفاده نماییم.

به علت آنکه  برای سیستم SDF و MDF یکسان فرض می شود مقدار تغییر مکان هدف MDF برابر خواهد بود با (xt,t):

ممکن است اصلاحات بیشتری نیز به علت در نظر گیری اثر خاک محلی، تاثیرات کاهش سختی و مقاومت، تاثیرات مرتبه دوم و… برای تغییر مکان هدف لازم باشد.

دو کمیت کلیدی برای محاسبه تغییر مکان هدف عبارتند از Fy,Teq این کمیات وابسته به بردار شکل و نیرو و توزیع جرم در ارتفاع می باشند. اما مطالعات نشان داده است که فرضیات زیر صحت مناسبی دارند.

       Teq=T1

صحت این فرضیات برای سازه ای با توزیع بار مثلثی و جرم مساوی طبقات و بردارهای شکل متفاوت نشان داده شده است. این مطالعات نشان داده اند که Teq و Fy,eq به انتخاب بردار شکل حساس نمی باشد.

 

 

 

 

 

 

 

بردارهای شکل استفاده شده در مطالعه حساسیت

 

 

 

حساسیت به بردار شکل انتخاب شده

در روش دیگر منحنیهای ظرفیت حاصل از سیستمهای یک درجه آزادی را می توان توسط منحنیهای دو خطی تقریب زد .منحنی ظرفیت دوخطی سیستم یک درجه آزادی توسط یک خط که در تراز85.0برابر نیروی ماکزیمم به صورت افقی رسم شده قابل محاسبه خواهد بود.

 

در مجموع چون در اینجا هدف ما بررسی این مطلب نمی باشد لذا برای سایرروشهامی‌توان به دستورالعمل بهسازی لرزه ای و تفسیر آن، همچنین به استاندارد FEMA273 و تفسیر آن مراجعه نمود.

5-3-1- حداکثر شتاب زمین 

بر اساس منحنی ظرفیت دوخطی حاصل از پاسخ سازه (تغییر مکان – برش پایه)،GAP قابل ارزیابی خواهدبود.

که دررابطه فوق Fmax  حداکثر برش پایه سازه ، eff  m جرم موثر سازه ،  شکل پذیری ارزیابی شده براساس منحنی دوخطی حاصل از اولین مکانیزم شکست (طبقه نرم،کاهش ظرفیت شکل پذیر در ستون ، شکست برشی ستون یا شکست اتصال تیر به ستون )، (T) a S شتاب طیفی مطابق با پریود بنیادیT تعیین شده براساس سختی الاستیک اولیه .

شتاب ظرفیتCapacity Accelerationدر رابطه فوق باید با شتاب تقاضاDemand  Accelerationتعیین شده براساس مطالعات خطر(تحلیل ریسک سایت مورد نظر)Hazard Analysis درمحل مقایسه شود.

درکل با توجه به مطالب عنوان شده می توان گفت POA پایه تئوری سختی ندارد فرضیات اصلی آن عبارتند از:

1) پاسخ سازه را می توان به پاسخ سیستم یک درجه آزادی معادل مربوط نمود. که این بدان مفهوم است که پاسخ توسط یک مد کنترل می شود.

2) بردار شکل  در کل پاسخ تاریخچه زمانی ثابت می ماند.

به وضوح هر دو فرض ذکر شده نادرست می باشند. اما مطالعاتی که توسط چندین محقق انجام شده است نشان می دهد که این فرضیات،ما را به سوی تخمین خوبی از پاسخ حداکثر لرزه ای سیستم چند درجه آزادی راهنمایی می کنند.

4-1- روش آنالیز استاتیکی غیرخطی

انجام یک تحلیل استاتیکی غیرخطی نیازمند آنست که یک مدل ریاضی غیرخطی تحت بارهای افزاینده جانبی قرار گیرد تا به یک «تغییر مکان هدف» برسیم. که این تغییر مکان حداکثر تغییر مکانی است که انتظار داریم در زمان زلزله در بام ساختمان رخ دهد. بار جانبی به صورت افزاینده اعمال می شوند و بعد از هر افزایش بار، سختی و مقاومت المانهای سازه به روز آوری می گردند. برش پایه در مقابل تغییر مکان بام که به نام (منحنی ظرفیت) شناخته می شود، نتیجه اصلی تحلیل NS می باشد زیرا نشان دهنده کارایی کلی ساختمان می باشد. از تحلیل فزاینده استاتیکی غیرخطی، نیازهای نیرویی و تغییر مکانی در هنگام تغییر مکان هدف برآورد می شوند و در مقابل نیرو و تغییر مکان مجاز سنجیده می شوند.

5-1- روش گام به گام در محاسبه منحنی ظرفیت با استفاده از آنالیز فزاینده استاتیکی غیرخطی

قبل از آنکه روش گام به گام را ذکر کنیم لازم به توضیح است که ما در طراحی براساس عملکرد با دو عنصر کلیدی ظرفیت و تقاضا سر و کار داریم. ظرفیت قابلیت ایستادگی سازه در مقابل تقاضای لرزه ای می‌باشد.

روش های ساده شده ای که از تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی استفاده می‌کنند مانند روش طیف ظرفیت، و روش ضریب تغییر مکان نیازمند مشخص بودن سه عنصر اصلی می باشند.

1) ظرفیت

2) تقاضا

3) عملکرد

که در این قسمت هدف ما بدست آوردن ظرفیت با روش آنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی می باشد.

1-5-1- روش گام به گام محاسبه منحنی ظرفیت

ظرفیت سازه توسط یک منحنی فزاینده بدست می آید. مناسب ترین روش برای رسم نمودار نیرو- تغییر مکان ردیابی برش پایه در مقابل جابجایی بام می باشد.

 

بعضی برنامه های کامپیوتری مانند DRAIN-2DX و DRAIN-3D-X و SAP2000 و ETABS2000 قابلیت انجام مستقیم این تحلیل را دارند اما وقتی از برنامه ای خطی استفاده می کنیم ممکن است روندی مثل روند زیر در نظر گرفته شود.

توجه:

منحنی ظرفیت معمولاً به گونه ای ساخته می شود که نشانگر پاسخ مد اول سازه باشد (با این فرض که مد پایه پاسخ غالب سازه می باشد). این در حالت کلی برای سازه هایی که تناوب پایه تا حدود Sec1 دارند درست می باشد. در سازه های با تناوب طبیعی بزرگتر از Sec1 باید اثر مدهای بالاتر هم دیده شود.

1) با توجه به قواعد مدلسازی مدلی از سازه (با پی یا بدون پی) بسازید.تمامی اجزایی که دارای تاثیر قابل توجه در سختی ، مقاومت،وزن و پایداری می باشند باید در مدل منظور شوند.

2) المانهای موجود در مدل را دسته بندی کنید (اصلی و فرعی).

3) بار جانبی را به سازه اعمال نمایید. لازم است بارهای ثقلی نیز در نظر گرفته شوند.

روش استاتیکی غیر خطی به فرمهای گوناگونی با متدولوژی های گوناگون ارائه شده است
(Seneviranta & Krawinkler 1994,Moehle 1992). همانگونه که از نام آن بر می آید روندی است که در طی آن سازه با حالت از پیش تعریف شده بارگذاری به صورت افقی هول داده می شود، تا به تدریج سازه به وضعیتی حدی برسد. تنوع زیادی در روش های بارگذاری جانبی وجود دارد که در زیر به تعدادی از آنها اشاره می گردد.

الف) تنها یک بار متمرکز افقی به بالای سازه اعمال شود (معمولاً برای سازه‌های یک درجه آزادی)

ب) بارگذاری بر روی هر طبقه با توجه به روند موجود در آیین نامه ها انجام گردد.

یا

ج) اعمال بارهای جانبی به صورت سازگار با حالت مد اول به صورت حاصل ضرب جرم و شکل مدی مد اول الاستیک سازه . معمولاً منحنی ظرفیت به گونه ای بدست می آید که اثر این مد (مد اول) را ارائه نماید. این در حالت کلی برای سازه های با تناوب پایه کمتر از Sec1 قابل اعمال است. (روش پایه)

د) در این حالت مانند حالت (ج) عمل می کنیم برای هر افزایشی در ورای تسلیم، نیرو به گونه ای تنظیم شود که سازگار با شکل تغییر یافته باشد. (معمولاً برای سازه‌های با طبقات ضعیف)

هـ) مانند (ج‌ود) اما به منظور نمودن تاثیر مدهای بالاتر (بارها را با توجه به اشکال مدی مدهای بالاتر بر سازه اعمال می کنیم) برای مدهای بالاتر، سازه همزمان هول داده می شود و یا کشیده می گردد.

لازم است حداقل دو توزیع جانبی برای برآورد سازه به کار گرفته شود.

4) محاسبات نیروهای اجزا برای ترکیبات مورد نیاز بارهای قایم و جانبی.

5) تنظیم نیروی جانبی که گونه ای که تنش داخل المان (یا گروه المانها) تا حدود 10% مقاومتش برسد.

6) ثبت برش پایه و جابجایی بام. (بهتر است نیروهای المانها و چرخشها نیز ثبت شوند تا در کنترل عملکرد استفاده گردند).

7) بازنگری در مدل با قرار دادن سختی صفر(یا بسیار کوچک) برای المانهای تسلیم شده.

8) اعمال افزایش جدید در بار جانبی و بازنگری در سازه تا آنکه المان یا گروه المان دیگری تسلیم شوند.

9) افزایش تغییر مکان بام و برش پایه را به مقادیر متناظر قبلی اضافه نمایید تا مقدار تغییر مکان بام و برش پایه جدید را بدست آورید.

10) گامهای 7و8و9 را تا رسیدن سازه به حد تغییر مکان نهایی ادامه دهید. مانند ناپایداری به علت اثرات . اغتشاش قابل توجه فراتر از سطح عملکردی مورد نظر، المان یاگروهی از المانها به سطحی از تغییر مکان جانبی برسند که در آن کاهش قابل توجه قدرت شروع شود یا المان یا گروهی از المانها به حدی از تغییر مکان جانبی برسند که قابلیت حمل بارهای ثقلی را از دست بدهند.

استثناء: در وضعیت های ویژه ای در جایی که المانها تمام یا قسمت عمده ای از قابلیت باربری جانبی خود را از دست می دهند اما می توانند بدون هیچ گونه اثرات غیرقابل قبول دیگری به تغییر شکل ادامه دهند ادامه تحلیل ممکن است موجه باشد. برای مثال می توانیم به تیرهای رابط یا هم بند اشاره نماییم.از بین رفتن این تیرها باعث باز توزیع نیروی جانبی می شود برای مدلسازی این مطلب از مدلسازی صریح استفاده می گردد. که باعث رسیدن به شکل دندانه اره‌ای می‌گردد.

6-1- محدودیتهای POA

گامهای اساسی در POA عبارتند از: 1) فرض رابطه غیرخطی نیرو- تغییر مکان برای المانهای سازه (مقاومت تسلیم، سخت شدگی مجدد، کاهش سختی و…) 2) محاسبه تغییر مکان هدف سازه 3) انتخاب بارگذاری جانبی معقول و هل دادن سازه تحت این بارگذاری که به صورت یکنواخت در هر گام افزایش می یابد. اگر یک عضو سازه‌ای تسلیم شود، سختی آن اصلاح می گردد تا زمانی که به تغییر مکان هدف برسیم یا سازه فرو بریزد. در این لحظه برآورد لرزه ای سازه انجام شده است.

از گامهای بالا مشخص می شود که تغییر مکان هدف و بارگذاری جانبی برای برآورد کارایی لرزه‌ای سازه ها توسط POA بسیار مهم و حیاتی می باشد. فرض می‌شود که تغییر مکان هدف نشانگر تغییر مکان حداکثری است که سازه در اثر زلزله تجربه خواهد کرد و الگوی بارگذاری جانبی نشان دهنده توزیع نیروی اینرسی در زلزله می باشد.

رفتار واقعی سازه هر زمانی که تحت تاثیر جنبشی نیرومند قرار گیرد توسط انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی قابل تخمین زدن می باشد. نیز می توان ترتیب ترک و یا تسلیم اعضا را نیز مشخص نمود و در نتیجه رفتار سازه را درک کرد. بنابراین تحلیل دینامیکی غیرخطی به عنوان روشی قوی و منطقی برای طراحی لرزه ای سازه ها فرض می شود. در حال حاضر بسیاری از سازه های ویژه، پیچیده و مهم توسط روشهای دینامیکی غیرخطی تحلیل می شوند. با این وجود، این روش بسیار وقت گیر می باشد و نیز عدم اطمینان های زیادی موجود می باشند (برای مثال لزوم در نظرگیری چندین رکورد زلزله، رفتار هیترسیس اعضا و…).

بنابراین روش تحلیل دینامیکی غیرخطی به طور معمول در مطالعات تئوری استفاده می شود و در طراحی های معمول به کار نمی رود. پس کار ارزنده ای می باشد که روش ساده و کامپیوتری برای برآورد لرزه ای سازه ها پیشنهاد شود. برای این منظور POA معرفی شده است. برای بسیاری از موارد، می توانیم اطلاعات ارزنده تری از POA نسبت به تحلیل دینامیکی غیر خطی بدست آوریم، این روش، روش ساده و اقتصادی می باشد و امروزه توجه بیشتری را به خود جلب نموده است.

بخش دوم:

روش MPA: Modal Pushover Analysis

روند استاتیکی غیرخطی NSP یا POA همانطوریکه در FEMA273 و FEMA356 بیان شده است امروزه به صورت گسترده ای در میان مهندسان سازه استفاده می گردد. در طی سالیان گذشته تحقیقات زیادی بر روی فرضیات و محدودیتهای این روش انجام شده است. برای مثال بارگذاری مطابقت کننده که سعی می کند توزیع وابسته به زمان نیروهای اینرسی را مدل کند و نیز در نظر گیری مدهایی به جز مد اصلی نوسان از جمله راه‌حلها بوده است.

  با توجه به اصول دینامیک سازه روش MPA پیشنهاد شده است که امکان در نظرگیری تمامی مدهایی که تاثیر قابل ملاحظه ای بر پاسخ دارند را به استفاده کننده می‌دهد. این روش همان سادگی روندهای استاندارد تحلیل فزاینده استاتیکی غیرخطی را حفظ می کند و در ضمن توزیع بار نیز مستقل از زمان می باشد.

   از سال 1997، محققین متعددی روش POA را برای ساختمانهای غیر متقارن توسعه دادند. با اعمال توزیع متناسب با ارتفاع (height-wise) نیروی جانبی و انجام POA صفحه ای بر مرکز جرم طبقات یک روش تقریبی بسط یافت [18](kilar،fajfar) اما نویسندگان این گونه عنوان نمودند که «به نظر نمی رسد این روش صحت زیادی داشته باشد».

روش دیگری که شامل (i) یک آنالیز سه بعدی طیف پاسخ الاستیک برای بدست آوردن تغییر مکان بام و توزیع نیروی ارتفاعی برای المان های مقاوم و (ii) تحلیل صفحه‌ای برای هر المان مقام بود نیز توسط (Moghadam، TSO) ارائه شد.

مطالعات چندی نیز بر روی تاثیر اندرکنش قاب- دیوار در سازه های قاب دیوار انجام شد (Dstefano،Rutenberg). مقالاتی نیز در مورد اعمال نیروی جانبی در محلهای گوناگون پلان ارائه شد (Faella، Kilar).

مقایسات نسبتاً کمی که بین‌روش POA و RHA (Response History Analysis) انجام شد نشان دهنده موفقیتهای محدودی بودند. بنابراین ارائه روشی که جوابهای تقریبی نسبتاً قابل قبولی ارائه دهد یک نیاز برای مهندسین می‌باشد.

در اینجا هدف اصلی ما بسط MPA برای تخمین تقاضای لرزه ای ساختمانهای متقارن و غیرمتقارن در پلان بوده است. برای بیان MPA ابتدا لازم است مفهوم جدیدی به عنوان (UMRHA) Uncoupled Modal Response History Analysis بسط داده شود، که نشان داده می شود برای سیستمهای الاستیک خطی معادل (RHA) می باشد و برای سیستمهای غیرخطی روشی تقریبی می باشد. سپس MPA ارائه می گردد و نشان داده می شود که برای سیستمهای الاستیک معادل تحلیل طیف پاسخ می باشد(RSA) و فرضیات آن برای سیستمهای غیرخطی بررسی می گردد.

1-2- معادلات حرکت

ترکیبی از قابهای مقاوم در مقابل نیروی جانبی را در نظر بگیرید. در شکل (1) پلان نشان داده شده حول x و یا حول y متقارن نمی باشد این بدان معناست که توزیع جرم و یا سختی متقارن نمی باشند. با فرض کف صلب می توانیم سه درجه آزادی را در مرکز جرم CM تعریف نماییم.

شکل1- (الف) پلان (ب) قابها

معادله حرکت

بردار u دارای 1*3N مولفه می باشد (سه مولفه 1*N) یعنیux،uy، معادله حرکت به صورت زیر می باشد.

                                                     (1)

و ماتریس M یک ماتریس قطری می باشد که دارای مرتبه 3N می باشد و سه زیر ماتریس قطری IO،m،m (ممان اینرسی قطبی) دارا می باشد. 

بردارهای تاثیر به صورت زیر می باشند.

                                                                             (2)

طرف راست معادله را میتوان به عنوان نیروی موثر زلزله درنظر گرفت.

                                        (3)

2-2- معرفی سیستمهای مورد بررسی وحرکت زمین

سیستمهای در نظر گرفته شده گونه های مختلف ساختمان فلزی 9 طبقه می باشد که بیانگر سازه ای با ارتفاع متوسط است و مطابق سازه های در نظر گرفته شده برای پروژه فولاد SACمی باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2- پلان انتخاب شده برای ساختمانهای نامتقارن در پلان

مقدار خروج از مرکز برای نامتقارن ساختن سازه حول محور y برابر 10% بعد انتخاب شد. با اعمال ضریب بر نسبت Ioj/m  در سیستم متقارن سه سیستم زیر حاصل شدند:

U1 : با اعمال ضریب 1 سیستمی حاصل شد که از نظر پیچشی سخت بود.که آنرا سیستم  Torsionally-Stiff می نامیم. در این سیستم حرکات انتقالی در مد اول وحرکات پیچشی در مد دوم غالب بودند.

U2 : با اعمال ضریب 2.95 سیستمی حاصل شد که دارای تناوبهای مودال نزدیک به هم بود که آنرا سیستم  Torsionally-Similarly-Stiff می نامیم.در این سیستم حرکات انتقالی و پیچشی به شدت به یکدیگر وابسته اند.

U3 : با اعمال ضریب 6 سیستمی حاصل شد که از نظر پیچشی انعطاف پذیر بود.که آنرا سیستم  Torsionally-Flexible می نامیم. در این سیستم حرکات پیچشی در مد اول وحرکات انتقالی در مد دوم غالب بودند.

شکل 3-مدها و تناوبهای طبیعی برای سیستمهای انتخاب شده

(a) U1     (b) U2     (c) U3

حرکت زمین انتخاب شده

حرکت زمین انتخاب شده LA25 می باشد که در شکل 4 نشان داده شده است.این یکی از 20 حرکت زمینی است که برای پروژه فلزیSAC تشکیل شده است و دارای تناوب بازگشت 2475 سال است.این حرکت مشابه حرکات حوزه نزدیک می باشد و از حرکات ثبت شده در رینالدی به هنگام زلزله Northridge مشتق شده است.

شکل 4- حرکت زمین مفروض

3-2- روند تقریبی تحلیل

1-3-2- بسط مدی نیروهای موثر

توزیع مکانی نیروهای موثر ( معادله 3 ) به صورت زیر نوشته می‌شود:

                                                                                      (4)

که ، nامین مد ارتعاش طبیعی سیستم می باشد که سه زیر بردار  دارد.

                                    (5)

بنابراین می توانیم بنویسیم:

                                                                 (6)

و مشارکت مد  nام در Peff

 (7)                                                                       

که

 (8)                                                                

هرچند  به مولفه حرکت زمین وابسته می باشد معادله (5).در شکل زیر یک بسط مدی  نشان داده شده است.

شکل 5- نمونه ای از بسط مدی برای سیستم U2:

2-3-2- ایده اساسی

دو روش برای تحلیل تقریبی ساختمانهای غیر الاستیک بررسی خواهند شد. تحلیل تاریخچه زمانی غیر درگیر (UMRHA) و MPA. در روش UMRHA تاریخچه زمانی پاسخ یک سازه به Peff،n(t)، nامین مد ارتعاش توسط یک RHA غیرخطی بر روی یک سازه یک درجه آزادی بدست می آید و برهم نهی این پاسخ های مودال، کل پاسخ را بدست می دهد. در روش MPA پاسخ حداکثر به Peff،n(t) توسط یک آنالیز استاتیکی غیرخطی محاسبه می شود و حداکثر پاسخ های مودال توسط قوانین ترکیب مدی ترکیب می گردند تا پاسخ نهایی حاصل شود.

4-2- روش UMRHA

1-4-1- سیستمهای خطی

با توجه به آنالیز مودال کلاسیک داریم.

                                                                                                       (9)

که مختصات های مودی توسط رابطه زیر بدست می آیند:

                                                                       (10)

که در اینجا برای حل qn

                                                                                                  (11)

می باشد و Dn(t) پاسخ تغییر مکانی  nامین مد سیستم خطی یک درجه آزادی می‌باشد. در نتیجه خواهیم داشت:

                                                                         (12)

با جاگذاری معادله (11) در (9) تغییر مکانهای جانبی در جهات y،x و پیچش بدست می آیند.

                                                           (13)

و تغیر مکان طبقه (در مرکز جرم):

                                                                         (14)

معادلات (13) و (14) بیانگر پاسخ یک سیستم MDF به Peff،n(t) می‌باشند. بنابراین پاسخ نهایی سیستم عبارت از:

                                                                                                   (15)

که این روش برای سیستمهای الاستیک دقیق می باشد.

1-4-2- سیستمهای غیرالاستیک

هرچند آنالیز مودال برای یک سیستم غیرخطی معتبر نمی باشد اما پاسخ آن در قالب مختصات مدال یک سیستم الاستیک قابل بحث و بررسی می باشد. هر المان سازه‌ای در سیستم الاستیک متناظر به گونه ای تعریف می شود که دارای سختی برابر سختی اولیه همان عضو در سیستم غیر الاستیک باشد چون خصوصیات جرم و میرایی را نیز یکسان در نظر می گیریم، مدها و تناوبهای طبیعی این دو سیستم یکسان فرض می‌شوند. پاسخ یک سیستم غیرخطی به Peff،n(t) دیگر مانند معادله (9) در این قسمت قابل بیان نمی باشد به این علت که مدهای دیگری بجز مد  nام هم در پاسخ مشارکت خواهند داشت. پس داریم:

                                                                           (16)

هرچند چون در سیستم خطی برای تمام مدها به جز مد nام qr(t)=0 ، معقول است که انتظارداشته باشیم qr(t) احتمالاً باید برای سیستمهای غیرخطی در مدهای غیر غالب عدد کوچکی باشد.

مشاهدات انجام شده بیانگر این مطلب می باشند که روندهای تقریبی غیرخطی برای سیستمهای دارای مقاومت پیچشی زیاد و کم تقریباً به همان صحت این تحلیلها برای سیستمهای متقارن می باشند اما ممکن است این روش ها برای ساختمانهایی که دارای تناوبهای ارتعاش طبیعی نزدیک به هم باشند صحت کمتری داشته باشند.(اشکال 6 تا 9)

شکل 6 -جداسازی مدی تغییر مکان بام(ساختمان متقارن)

در مرکز جرم Peff,i=-sixLA25

پس برای بسیاری از حالات با توجه به روند تقریبی می توانیم بنویسیم.

                                                                          (17)

و در اینجا Fsn یک تابع غیرخطی هیسترتیک از qn می باشد.

                                                        (18)

اگر از مشارکت های کوچکتر از مدهای دیگر صرف نظر نکنیم، F­sn به تمامی مختصات مدی وابسته می گردد (به علت تسلیم سازه)

شکل 7 - جداسازی مدی تغییر مکان بام(ساختمان U1)

در قاب راست Peff,i=-sixLA25

با توجه به نکات بالا و معادله (11) می توانیم بنویسیم.

                                                                             (19)

در اینجا Dn(t) ممکن است به صورت پاسخ تغییر مکانی مد nام یک سیستم SDF غیرالاستیک، یعنی یک سیستم تک درجه آزادی با 1) خواص ارتعاش کم دامنه- فرکانس طبیعی و میرایی کم- برای مد nام سیستم الاستیک متناظر و 2) رابطه زیر بین   

                                                     (20)

برداشت شود که توسط یک آنالیز استاتیکی غیرخطی بدست می آید.

شکل 8 - جداسازی مدی تغییر مکان بام(ساختمان U2)

در قاب راست Peff,i=-sixLA25

پس از بدست آوردن Dn می توانیم با قرار دادن در معادلات (13) و (14) تغییر مکان طبقات و تغییر مکان نسبی را بدست آوریم (برای Peff،n که بیانگر مشارکت مد nام در کل پاسخ می باشد) برهم نهی پاسخ بر مبنای معادله (15) برای بدست آوردن کل پاسخ منحصراً مخصوص سیستمهای خطی می باشد اما همانطوریکه نشان داده شده است این روش برای سیستمهای غیرالاستیک با پلان متقارن تقریباً صحت دارد (Goel، Chopra 2004) (8). این روش UMRHA برای تحلیل تقریبی سیستمهای غیر الاستیک می باشد که برای سیستمهای خطی معادل RHA می باشد.

شکل 9 -جداسازی مدی تغییر مکان بام(ساختمان U3)

در قاب راست  Peff,i=-sixLA25

برای مشخص شدن فرضیات بنیادی و تقریبات در UMRHA برای سیستمهای غیرالاستیک معادلات کلیدی برای دو کلاس سیستمهای سازه ای (الاستیک و غیرالاستیک) مقایسه می شوند. معادله (11)، (13) و (14) برای هر دو سیستم به کار می روند معادلات (10) و (12) نسبت به (17) و (19) متفاوت می باشند (تنها در نیروی مقاوم) معادلات (15) و (9) برای سیستمهای الاستیک دقیق می باشند ولی برای سیستمهای غیرخطی تقریبی می باشند. همانگونه که در معادله (16) می بینیم، یک تقریب عمده ناشی از در نظر نگرفتن مختصات مودهای الاستیک همزمان (معادله 18) در محاسبه پاسخ به Peff،n(t) می باشد. نکته قابل توجه آنست که این جوابها به علت آنکه ناشی از Peff،n(t) یعنی مشارکت مد nام در Peff می باشد درست است و برای توزیع باری به جز آن (sn) درست نمی باشد.

روش UMRHA بر مبنای معادله (16) می باشد که تغییر شکلها را محدود به Peff،n(t) می کند این روش برای سیستمهای الاستیک کاملاً دقیق می باشد ولی برای سیستمهای غیرالاستیک روشی تقریبی می گردد. در روش MPA از این تقریبات پرهیز می گردد. اما یک تقریب ترکیب مدی باید معرفی گردد.

 

 

شکل 10 –مقایسه تغییر مکان تقریبی بام در قاب راست(U1)

با استفاده از روش UMRHA و NRHA

 

 

شکل 11- مقایسه تغییر مکان تقریبی بام در قاب راست(U2)

با استفاده از روش UMRHA و NRHA

 

 

شکل 12- مقایسه تغییر مکان تقریبی بام در قاب راست(U3)

با استفاده از روش UMRHA و NRHA

 

شکل 13- مقایسه راندگی تقریبی بالاترین طبقه در قاب راست(U1)

با استفاده از روش UMRHA و NRHA

شکل 14- مقایسه راندگی تقریبی بالاترین طبقه در قاب راست(U2)

با استفاده از روش UMRHA و NRHA

 

شکل 15- مقایسه راندگی تقریبی بالاترین طبقه در قاب راست(U3)

با استفاده از روش UMRHA و NRHA

5-2- آنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی مودال

1-5-2- سیستمهای الاستیک

نیروهای جانبی زیر را در نظر بگیرید.

                                                        (21)

که sxn و … توسط معادله (8) مشخص می شوند و  که Dn­ حداکثر تغییر مکان مد  nام سیستم SDF خطی می باشد (معادله 9 ). آنالیز استاتیکی برای نیروهای تعریف شده توسط معادله (21) مقدار حداکثر rn(t) یعنی مشارکت مد  nام در r(t) را بدست می دهند.

به طریقی دیگر این پاسخ حداکثر مودال توسط آنالیز استاتیکی برای توزیع نیروهای مودال قابل محاسبه می باشد.

                                                                                                    (22)

برای سازه هول داده شده در طبقه   Nام (بام)

                                                                                              (23)

که اندیس r بیانگر «بام» می باشد. برای سازه های الاستیک توزیع sn* تنها توزیعی می باشد که تغییر مکانهایی متناسب با مد  nام بدست می دهد. سه مولفه جابجایی بام برای یک سیستم الاستیک به طور همزمان به مقادیر مشخص شده توسط رابطه (23) می رسند.

حداکثر پاسخ مدی rn، که هر کدام توسط یک آنالیز POA بدست می آیند را می‌توان توسط روش CQC (قاعده ای مناسب برای سیستمهای نامتقارن) ترکیب نمود. زیرا ممکن است در سیستمهای نامتقارن مدها دارای فرکانسهای ارتعاشی نزدیک به هم باشند. روش MPA برای سیستمهای خطی مشابه RSA می باشد.

2-5-2- سیستمهای غیرخطی

در روند MPA، پاسخ حداکثر rn مربوط به یک ساختمان غیرالاستیک در بارگذاری Peff،n(t)، توسط یک تحلیل استاتیکی غیرخطی برای ساختمان که تحت تاثیر بارگذاری جانبی با توجه به  قرار گرفته است با افزایش نیروها تا رسیدن به تغییر مکان حداکثر بام تخمین زده می شود. این مقادیر مولفه های تغییر مکانی بام، توسط معادله 23 تخمین زده می شوند، همانند سیستمهای الاستیک، اما Dn در اینجا حداکثر تغییر مکان برای مد nام سیستم SDF غیرالاستیک می باشد که توسط معادله (19) بدست می آید.

به علاوه Dn با توجه به طیف پاسخ غیر الاستیک (یا طیف طرح غیرالاستیک) یا طیف پاسخ (یا طرح) الاستیک و به کار بردن روابط تجربی برای نسبت تغییر مکان غیرالاستیک، قابل محاسبه می باشد.در این تغییر مکان بام، آنالیز استاتیکی غیر قطبی تخمینی از مقدار حداکثر rn از پاسخ rn(t): تغیر مکان بام، راندگی طبقات و سایر مقادیر تغییر مکانی بدست می دهد.

برای سیستمهای غیرالاستیک توزیع متغیر نیروها باعث ایجاد تغییر مکانهای متناسب با nامین مد الاستیک می شوند بنابراین این مولفه ها برای یک سیستم غیرالاستیک به صورت همزمان به مقادیر معادله (23) نمی رسند. یکی از مولفه‌های جانبی به عنوان مولفه کنترلی انتخاب می شود.

آنالیز استاتیکی غیرخطی با استفاده از توزیع  ما را به سمت منحنی Pushover در مد nام رهنمون می شود. این گونه منحنی های Pushover برای چند نمونه از سازه‌های مورد بررسی نشان داده شده اند. در نقطه تسلیم برش پایه و تغییر مکان بام  می باشد.

شکل 16- منحنی های PO سیستم U1 که تغییر مکان هدف در CM در نظر گرفته شد.

 

شکل 17- منحنی های PO سیستم U2 که تغییر مکان هدف در CM در نظر گرفته شد.

 

شکل 18-منحنی های PO سیستم U3 که تغییر مکان هدف در CM در نظر گرفته شد.

در شکل 19 منحنی Pushover مربوط به مد اول و ایده آل سازی دو خطی آن نشان داده شده است.

 

شکل 19- مشخصات n امین مود سیستم یکدرجه آزادی غیرخطی با توجه به منحنی pushover

رابطه نیرو تغییر مکان  برای مد n ام یک سیستم SDF به منظور تعیین Dn لازم می باشد. حال چه با حل معادله (19) و یا توسط روش طیف پاسخ. بر مبنای تئوری که پیش از این ارائه شد (Chopra،Goel 2002)، منحنی Vbn-urn در Pushover به  تبدیل می شود در جایی که مقادیر تسلیم  عبارتند از:

                                                                                                    (24)

که در آن جرم موثر مدی می باشد. که این دو توسط

                                                                                                        (25)

به هم مربوط می شوند. با دانستن  و  با توجه به معادله (24) تناوب الاستیک nامین مد سیستم SDF را می توان از رابطه زیر بدست آورد:

                                                                                             (26)

مقدار پاسخ r­n که توسط آنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی حاصل می گردد تخمین از حداکثر پاسخ rn(t) برای سازه غیرالاستیک به Peff،n(t) می باشد. اما مشابه تخمین دیگری که توسط UMRHA حاصل شد نمی باشد. همانطور که قبلاً بیان شد. rn بدست آمده توسط Pushover بر روی سیستم الاستیک مقدار حداکثر دقیق rn(t) مشارکت مد nام در r(t) می باشد. بنابراین ما حتی در مورد سیستمهای غیرالاستیک به rn به عنوان حداکثر پاسخ «مدی» اشاره می کنیم. هرچند برای سیستمهای غیرالاستیک هر دوی تخمین های حداکثر پاسخ مدی تقریبی می باشند و با یکدیگر تفاوت دارند تنها استثنا مولفه کنترل کننده تغییر مکان بام می باشد. این تفاوت به علت فرضیات متفاوت در این دو روش می باشند. UMRHA بر مبنای تقریب موجود در رابطه (16) می باشد که در MPA از آن اجتناب شده است به علت آنکه تغییر مکانها و سایر پارامترها توسط آنالیز استاتیکی غیرخطی با توزیع جانبی  بدست می آید. از این نظر (که تغییر مکانها متناسب با اشکال مدی نیستند) روش MPA رفتار غیرخطی سازه را بهتر نشان می دهد.

هرچند روش MPA دارای مبدا تقریب دیگری می باشد که در UMRHA موجود نمی باشد. حداکثر پاسخ های rn که توسط یک آنالیز فزاینده غیرخطی بدست می آیند توسط روش CQC ترکیب می گردند (همانند سیستمهای الاستیک). این کاربرد ترکیب مدی به طور مشخص دارای کمبودهایی برای سیستمهای غیرالاستیک می‌باشد. اما به علت آنکه مدها همبستگی ضعیفی دارند، منطقی به نظر می رسد.   

6-2- خلاصه MPA

در اینجا خلاصه ای گام به گام از روش MPA ارائه می گردد.

1) فرکانسهای طبیعی و اشکال مدی  برای ارتعاش الاستیک خطی ساختمان محاسبه کنید.

2) برای مد nام، نمودار Vbn-Urn، تغییر مکان بام برش پایه را که منحنی Pushover می باشد توسط آنالیز استاتیکی غیرخطی با توزیع  (معادله 22) را بدست بیاورید از میان دو منحنی Pushover بدست آمده که متناظر با دو جهت x و y هستند ترجیحاً منحنی که مرتبط به جهت غالب حرکت در آن شکل مدی می باشد را انتخاب نمایید. بارهای ثقلی قبل از انجام آنالیز استاتیکی غیرخطی به سازه وارد می گردند.

3) منحنی بدست آمده را به یک منحنی دو خطی ایده آل نمایید.

4) این منحنی دو خطی ایده آل شده Vbn-urn را به منحنی  تبدیل کنید برای این کار باید از این روابط استفاده نمایید.

و  که در آن  مقدار  در بام در جهت مورد بررسی می‌باشد و  و  نیز وابسته به جهت بررسی می باشند.

5) مقدار حداکثر تغییر شکل Dn مربوط به مد nام برای سیستم SDF غیرالاستیک که توسط رابطه نیرو تغییر مکان در گام 4 تعیین شده و با میرایی  بدست آورید.

تناوب الاستیک سیستم . برای یک سیستم تک درجه آزادی با مقادیر  مشخص، Dn از آنالیز غیرخطی RHA، طیف طرح غیرالاستیک، با استفاده از طیف الاستیک به همراه روابط تجربی برای تبدیل به حالت غیرخطی مشخص می شود.

6) مقدار حداکثر تغییر مکان بام Urn در جهت انتخاب شده، وابسته به nامین مد سیستم SDF غیرالاستیک را از رابطه زیر حساب کنید.

7) از بانک اطلاعاتی (گام 2)، مقادیر پاسخ مورد نظر rn+g با توجه به تاثیر ترکیب نیروی ثقلی و بارهای جانبی را در تغییر مکان بام برابر urn+urg را محاسبه نمایید.

8) گامهای 3 تا 7 را برای رسیدن به مقدار دلخواه صحت و مدهای گوناگون انجام دهید.

9) پاسخ دینامیکی را با توجه به nامین مد، rn+=rn+g-rg ، در جایی که rg پاسخ نیروهای ثقلی می باشد محاسبه نمایید.

10) کل پاسخ را با ترکیب CQC بدست آورید.

                                                                    (27)

که

                                            (28)

که در اینجا

7-2- برآورد روش

بر مبنای تئوری دینامیک سازه ها، روش MPA سادگی و جذابیت محاسباتی روندهای استاندارد آنالیز استاتیکی فزاینده غیرخطی با توزیع بار ثابت را حفظ می کند. به علت آنکه POA  برای مدهای بالاتر همانند آنالیز مد اول می باشد، MPA سخت تر از روندهای کنونی نمی باشد و به علت آنکه معمولاً در نظرگیری 2 یا 3 مد کافی می‌باشد تلاش محاسباتی تقریباً در همان حد، FEMA 356 که دو نوع بارگذاری لازم می داند، می باشد. در این قسمت به مقایساتی بین روندهای موجود و MPA می پردازیم.

روند فعلی

روند استاتیکی غیر خطی در FEMA 356 برای رسم منحنی pushover به کار می‌رود. توزیع بار مبتنی بر «مود اول» (اشکال 20 و 21) به وضوح رانش طبقات را کمتر تخمین می زنند (مخصوصاً برای طبقات بالا) هر چند روش توزیع بار ELF و SRSS که برای در نظر گیری مدهای بالا پیشنهاد شده‌اند نیز تقاضای لرزه‌ای را به صورت مناسبی تخمین نمی‌زنند توزیع بار یکنواخت به طور کاملاً مشخص تقاضای لرزه در طبقات بالا را کمتر و طبقات پایین را بیشتر تخمین می‌زند.

شکل20- میانگین راندگی طبقات حاصل از NRHA و چهار روش عنوان شده در FEMA356

شکل21- میانگین چرخش پلاستیک حاصل از NRHA و چهار روش عنوان شده در FEMA356

برآورد MPA : ساختمانهای متقارن

با توجه به شکلهای 22 و 23 متوجه می‌شویم که در نظرگیری مدهای بالاتر باعث تخمین مناسب رانش طبقه و تقاضای چرخش پلاستیک تیر می‌شود. با در نظرگیری مدهای بالاتر مفصل شدن در طبقات بالا نیز قابل ردیابی توسط تحلیل فزاینده استاتیکی غیر خطی می‌باشد.

شکل22- میانگین راندگی طبقات حاصل از NRHA و MPA با در نظر گیری تعداد مود مختلف(با لحاظ P- )

 

شکل23- میانگین چرخش پلاستیک تیرهای داخلی حاصل از NRHA و MPA با در نظر گیری تعداد مود مختلف(با لحاظ )

 

 

شکل24- میانگین نسبت راندگی تیرهای داخلی حاصل از NRHA و MPA با در نظر گیری تعداد مود مختلف(با لحاظ یا بدون لحاظ )

صحت روش MPA:

MPA نیازهای لرزه ای را بسیار درست تر از FEMA356 تخمین می زند اشکال20 و22 نیز21 و23. هر چند روش MPA هم روش تقریبی می باشد و نباید توقع داشت که نیازهای لرزه ای را دقیقاً مشابه NRHA بدست بدهد. با توجه به اشکال ارائه شده خطای موجود در MPA (با در نظر گیری P-) برای ساختمانهای Boston و Seatle (از جمله ساختمانهای پروژه SAC) تقریباً همانند بزرگترین خطای مشاهده شده در روند RSA که توسط مهندسان به کار می رود- می باشد. با وجود اینکه روش MPA برای ارزیابی لرزه ای بسیاری از سازه ها و حرکات زمین صحت مناسبی دارد (بسیار صحیح تر از FEMA356) ممکن است در اثر ورود سازه به قسمت سختی کاهنده، خطاها به طور غیر قابل قبولی افزایش یابند برای مثال می توان به ساختمان 20 طبقه Los Angeles که تحت حرکت ترکیب شده SAC 2/50 قرار گرفته اشاره نمود. برای چنین مواردی MPA و هیچ POA دیگری قابلیت ارائه رفتار سازه را ندارند و بهتر است از NRHA استفاده شود.

در کاربرد عملی MPA تغییر مکان بام برای هر آنالیز POA مودال را می توان از طیف الاستیک که سطح خطر مورد نظر را تعریف می کند ضرب در نسبت تغییر مکان غیرالاستیک استفاده نمود.

شکل25- میانگین نسبت پاسخ r*MPA برای نیروی محوری ستون و رانش طبقه

شکل26- میانگین نسبت پاسخ r*MPA برای لنگر خمشی ستون و رانش طبقه

برآورد MPA : ساختمانهای غیر متقارن

همانطوریکه اشاره شد در نظرگیری تنها مد اول برای برآورد لرزه‌ای کافی نمی‌باشد و می‌توان با در نظرگیری مدهای بالاتر تخمین بهتری از تقاضای لرزه‌ای بدست آورد. برای حرکت زمین در نظر گرفته شده روش MPA رای سیستمهای u3 و u1 دارای صحتی مشابه سیستم متقارن می‌باشد هر چند برای u2 صحت کمتری دارد. این صحت کمتر می‌تواند به دو دلیل باشد:

1) اولین احتمال می‌تواند آن باشد که سیستم تناوبهای مدال بسیار نزدیک به هم دارد و در هر مد ارتعاش همزمانی و وابستگی زیادی بین حرکات انتقالی و پیچشی وجود دارد. اما از آنجایی که UMRHA برای این سیستم صحت مناسبی دارد به نظر نمی‌رسد این دلیل موجه باشد.

2) دلیل دیگر می‌توان آن باشد که تغییر مکان بام سیستم u2 به علت حرکت زمین انتخاب شده توسط روند MPA بسیار کمتر تخمین زده می‌شود. این اغتشاش به علت آنکه پاسخ‌های مدی تقریباً در یکزمان به حداکثر خود می‌رسند ایجاد می‌گردد (وضعیتی که روش CQC برای آن مناسب نمی‌باشد.)

شکل 27- تغییر مکان کف و رانش طبقات حاصل از MPA به ترتیب از بالا به پایین      (a) پلان متقارن (b)U1 (c)U2 (d)U3   

 

شکل 28- تغییر مکان کف و رانش طبقات حاصل از MPA وNRHA برای قاب راست سیستم U2 با استفاده از CQC و ABSSUM

مراجع:

 1- Building Seismic Safety Council (1997) NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA-273, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.

2- American Society of Civil Engineers (2000). Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA-356, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.

3- Fajfar, P., and fischinger, M. (1988). N2- a method for nonlinear seismic analysis of regular structures, Proc., 9 th World Conf. Earthq. Engrg., 5:111-116, Tokyo- kyoto, Japan.

4- Krawinkler, H,, and Seneviratna, G.D.P.K. (1998). Pros and cons of a pushover analysis of seismic performance evaluation. Engrg. Struc., 20(4-6):5452-464.

5- Kim. B., and D’Amore, E. (1999). Pushover analysis procedure in earthquake engineering, Earthq. Spectra, 13(2):417-434.

6- Gupta, B., and Kunnath, S.K. (2000). Adaptive spectra- based pushover procedure for seismic evaluation of structures, Earthq. Spectra, 16(2): 367-392.

7- Sasaki, k.k., Freeman, S.A., and Paret, T.F. (1998)Multimode pushover procedure (MMP) - A method to identify the effects of higher modes in a pushover analysis, Proc., 6 th U.S. Nat. Conf. Earthq. Engrg., Seattle, Washington.

8- Chopra, A.K., and Goel, R.K. (2002). A modal pushover analysis procedure for estimating seismic demands for buildings, Earthq. Engrg. Struc. Dyn., 31(3): 561-582.

9- Chintanapakdee, C, and Chopra, A.K. (2003). Evaluation of modal pushover analysis using generic frames, Engrg. Struc. Dyn., 32(3): 417-442.

10- Kilar, V., and Fajfar,P. (1997). Simple push-over analysis of asymmetric buildings, Earthq. Engrg. Stuc. Dyn., 26(2):233-249.

11- Moghadam, A.S., and Tso, W.K. (1998). Pushover analysis for asymmetrical multistory buildings, Proc., 6th U.S. Nat. Conf. Eagrg., EERI, Oakland, Calif., 13 pgs.

12- Chopra, A.K. (2001). Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering. 2nd Edition, New jersey: Prentice Hall.

13- Chopra, A.k. and Chintanapakdee, C., (2003) Inelastic deformation ratios for design and evaluation of structures: Single-  degree- of- freedom bilinear systems, ASCE, J, Struc. Engrg., to appear.

14- Chopra, A. K., Goel, R. K., and Chintanapakdee, C. (2003) Statistics of single- degree- of- freedom estimate of displacements for pushover analysis of buildings, ASCE, J. Struc. Engrg., 129:1-11.

15- Yang, Pu, Wang, Yayong. " A study on improvement of pushove Analysis", 12 WCEE.

16- J. Skokan, Matthew, and C. Hart, Gary, "Reliability of Nonlinear static methods for seismic per formance prediction of steel frame buildings", 12 WCEE.

بررسی اجمالی سیستم های سازه ای ساختمانی در ایران

موقعیت

بررسی اجمالی سیستم های سازه ای ساختمانی در ایران

سیستم های سازه ای مورد بررسی    
1- قاب فولادی مفصلی با بادبند  
2- قاب فولادی مفصلی با دیوار برشی      
3- قاب فلزی صلب جوشی         
4- قاب فلزی صلب پیچ و مهره ای          
5- قاب صلب بتنی         
6- قاب صلب بتنی با دیوار برشی
7- سیستم نوین سوپر پانل           
8- سیستم نوین  ساندویچی با بتن پاششی 
9- سیستم نوین قاب فولادی سرد نورد شده جدار نازک    
10- سازه بتنی پیش ساخته         
11-سیستم بتنی تونلی      قاب فولادی مفصلی با بادبند
مزایا:
الف – سرعت برپایی این نوع ساختمانها و در مقایسه با نوع بتنی آن زیاد بوده و با توجه به سرعت کار، این امکان بوده که با برنامه صحیح قطعات را در محل دیگری ساخت وسریعا در محل نصب کرد.
ب – با توجه به الاستیک بودن فولاد و شکل پذیری بالا درمقابل زلزله مقاومت و عملکرد مناسبی خواهد داشت .
ج- در سایزهای پائین و مقاطعی عمومی به وفور در بازار موجود بوده ولی برای مقاطع خاص نیاز به تامین از مبادی متفاوت و صرف زمان و هزینه زیاد دارد.   
از طرفی می توان با توجه به تولید ورق فولادی درکارخانه نورد کاویان وفولاد مبادله می توان از تولیدات آن کارخانه نیز در ساخت تیرها وستونهای ورقی ویا ترکیب مقاطع نورد شده و ورق بهره گرفت. معایب و محدودیت ها:   
الف - کیفیت اجرای جوشکاری اسکلت فلزی در مشهد پایین است و کنترل کمی و کیفی آن ضروری بوده و نیاز به کنترل مستمر به خصوص در اتصالات دارد.         
ب – مقاومت سازه ای فولادی در مقابل آتش سوزی کم است . در دمایی حدود 700 درجه سانتیگراد از بین می رود و خرابی و خسارات در بر خواهد داشت. البته می توان با ایجاد پوشش هایی از رنگ خاص و نیز سیمان و مصالح بنایی این مقاومت حرارتی را بالا برد اما این امر به دقت بیشتر در طراحی اجرا و نظارت نیاز دارد.
ج -  استفاده از اسکلت فلز نیاز به تامین سرمایه زیاد در ابتداء پروژه میباشد که معمولا با ساختار دریافت وام از طرف تعاونی مسکن ها از بانکها مغایرت دارد. ولی به لحاظ پائین بودن قیمت آهن آلات در مقطع کنونی مناسب می باشد.     
د: با افزایش طبقات و ارتفاع ساختمان مقاطع ستون و بادبند و کف ستون افزایش زیادی یافته و نیاز به تعداد زیادی بادبند دارد که با محدودیت های معماری ممکن است قابل اجرا نباشد.

قاب فولادی مفصلی با دیوار برشی  
مزایا:
الف – سرعت برپایی این نوع ساختمانها و در مقایسه با نوع بتنی آن زیاد بوده و با توجه به سرعت کار، این امکان بوده که با برنامه صحیح قطعات را در محل دیگری ساخت وسریعا در محل نصب کرد. ولی در مقایسه با سیستم بادبندی سرعت کمتری دارد.     
ب – با توجه به الاستیک بودن فولاد و شکل پذیری بالا درمقابل زلزله مقاومت و عملکرد مناسبی خواهد داشت .          
ج- در سایزهای پائین و مقاطعی عمومی به وفور در بازار موجود بوده ولی برای مقاطع خاص نیاز به تامین از مبادی متفاوت و صرف زمان و هزینه زیاد دارد.   
از طرفی می توان با توجه به تولید ورق فولادی درکارخانه نورد کاویان وفولاد مبادله می توان از تولیدات آن کارخانه نیز در ساخت تیرها وستونهای ورقی ویا ترکیب مقاطع نورد شده و ورق بهره گرفت .
معایب و محدودیت ها:   
الف - کیفیت اجرای جوشکاری اسکلت فلزی در مشهد پایین است و کنترل کمی و کیفی آن ضروری بوده و نیاز به کنترل مستمر به خصوص در اتصالات دارد.         
ب – مقاومت سازه ای فولادی در مقابل آتش سوزی کم است . در دمایی حدود 700 درجه سانتیگراد از بین می رود و خرابی و خسارات در بر خواهد داشت. البته می توان با ایجاد پوشش هایی از رنگ خاص و نیز سیمان و مصالح بنایی این مقاومت حرارتی را بالا برد اما این امر به دقت بیشتر در طراحی اجرا و نظارت نیاز دارد.
ج -  استفاده از اسکلت فلز نیاز به تامین سرمایه زیاد در ابتداء پروژه میباشد که معمولا با ساختار دریافت وام از طرف تعاونی مسکن ها از بانکها مغایرت دارد. ولی به لحاظ پائین بودن قیمت آهن آلات در مقطع کنونی مناسب می باشد.     
د: سرعت اجرا با توجه به نیاز به قالب بندی طبقه به طبقه دیوار برشی نسبت به سیستم بادبندی کمتر بوده و نیز دیوار برشی بار مرده بیشتری را به سازه تحمیل می نماید.         
و: از طرفی با معماری قابلیت وفق بهتری با معماری برای ایجاد دیوارهای برشی دارد از طرفی ضخامت و بسته بودن دیوار مشکلاتی را برای معماری ایجاد می نماید.

قاب خمشی فولادی با اتصالات جوشکاری   
مزایا:
الف: کلیه مزایای بیان شده برای سیستم های قبلی را دارد.   
ب: نیازی به در نظر گرفتن فضای اختصاصی برای بادبند و دیوار برشی نداشته و قابلیت انطباق بیشتری با معماری دارد.  
ج: به علت مشارکت بیشتر اعضا در تحمل بارها و درجه نامعینی بالاتر از اطمینان بیشتری برخوردار است.
معایب و محدودیت ها:   
الف: در مقابل آتش سوزی نیاز به محافظت بیشتری دارد.    
ب: مقاطع ستونها و تیرها عموما بزرگ شده و باعث اشغال معماری ساختمان و افزایش ضخامت سقف می گردد.
ج: قیمت تمام شده آن با توجه مصرف زیاد آهن آلات و نیاز به صرف وقت بیشتر در ساخت بالاتر است.
د: نیاز به عوامل اجرایی کارآزموده تر دارد. 

قاب خمشی فولادی با اتصالات پیچ و مهره ای        
مزایا:
کلیه مزایای قاب صلب با اتصالات جوشی را دارد ضمن اینکه قابلیت پیش ساخته سازی بیشتری داشته و سرعت اجرای بااتری دارد.           
معایب:
مشابه سیستم جوشی بوده ولی نیاز به دقت بالاتر در ساخت داشته که هزینه بیشتری را به سازه تحمیل می نماید.

قاب خمشی بتنی        
مزایا:
الف – در این نوع سازه ها با استفاده از مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی فولاد از مصالح استفاده بهینه می شود .
ب – شن، ماسه و سیمان که عوامل اصلی تشکیل دهنده سازه اند و به وفورو قیمت مناسب ولی با کیفیت نه چندان مناسب یافت می شوند    
ج – با توجه به اجرای یکپارچه این سیستم اتصالات استحکام و عملکرد بهتری دارند.
د- در مقابل زلزله و آتش سوزی مقاوم بوده ودوام مصالح فولادی با پوشش بتنی خود بخود تامین می شود .
ه – هزینه نگهداری و حفاظت سازه آن گونه که در اسکلت فلزی مصالح است در اینجا مطرح نیست
و- فولاد که مصالح گرانتری است در این روش کمتر مورد نیاز است ضمن اینکه استفاده از فولادهای اعلاتر با قیمت یکسان که در کشور به صورت میل گرد و نه پروفیل در اختیار می باشد ممکن است که بالطبع باعث کاهش وزن فولاد مصرفی می گردد سرعت اجرایی آن نسبتا کم است و به زمان بیشتری برای انجام بتن ریزی از مرحله یک به مرحله دیگر نیاز است .        
معایب:
الف: ابعاد زیاد تیرها و ستونها محدودیت هایی برای معماری و نیز عبور لوله های تاسیساتی ایجاد می نماید.
ب- وزن این نوع ساختمان در مقایسه با سیستمهای فولادی و یا مرکب و نیمه مرکب بالاست این اضافه وزن می تواند خود در بارگذاریهای عادی و زلزله اثرات شدیدتری در افزایش نیروهای داخلی در طرح و نیز ابعاد اعضا ایجاد کند .    
ج – سرعت اجرایی آن نسبتا کم است و به زمان بیشتری برای انجام بتن ریزی از مرحله یک به مرحله دیگر نیاز است. ضمن اینکه در صورت نبود سیستم مناسب اجرا و کنترل نسبت به تامین کیفیت مناسب و یکنواخت نمی توان اطمینان داشت.

قاب خمشی بتنی با دیوار برشی        
مزایا:
کلیه مزایای قید شده برای قاب صلب بتنی را دارد ضمن اینکه سیستم از نظر طبقه بندی آئین نامه زلزله سیستم دوگانه بوده و برای ساختمانهای بلندتر از 50 متر قابل استفاده می باشد.
مقاطع در این سیتم از سیستم قبلی کوچکتر شده و باعث کاهش هزینه ها می گردد.   
معایب:
مشابه سیستم قاب صلب بتنی بوده و وجود دیوارها باعث ایجاد محدودیت هایی در بازشوها می گردد.

سیستم نوین دیوار باربر بتنی با قالب ماندگار (سوپر پانل)  
مزایا:
الف- مزایا بیان شده برای سیستم های قاب بتنی با دیوار برشی را دارد.         
ب - سرعت اجرای بالایی را دارد.و در شرایط آب و هوایی سرد امکان کار بیشتری نسبت به سایر سیستم ها دارد.
ج- تبادل حرارتی آن در قیاس با سایر سیستم ها بسیار کمتر می باشد.          
معایب:
الف- تمامی محدودیت های بیان شده برای سیستم بتنی با دیوار برشی را در بر دارد.  
ب- ابعاد دیوارها به علت وجود قالبها در سازه و نیز نازک کاری خشک بر روی آن بیشتر خواهد شد و لازم است دیوار‌های طبقات مختلف درست در یک راستا قرار داشته باشند. این امر محدودیت در زمینه معماری محسوب می‌شود.   
ج- مجری و تولیدکننده آن محدود بوده و وابستگی به کانال خاص تامین آن را ایجاد می نماید.
د- استفاده بیش از حد از میلگرد برای هم‌پوشانی میلگرد‌ها از دیگر محدودیت‌هایی است که این محصول را برای انبوه‌سازی نامناسب می‌کند. با توجه به این نکته که برای سهولت اجرا، میل‌گرد‌های عمودی کوتاه و با هم‌پوشانی متعدد در نظر گرفته می‌شوند، دور ریز میلگرد و آن به طور محسوسی بیش از روش‌هایی مانند روش تونلی است.

سیستم نوین ساندویچی با بتن پاششی(3D پانل)       
مزایا:
الف: وزن تمام شده کمتری نسبت به سیستم های قاب بتنی دارد.     
ب- مشارکت دیوارهای جدا کننده در تحمل بار باعث صرفه جویی در فضا و مصرف مصالح و نهایتا قیمت تمام شده دارد.       
ج- تبادل حرارتی پائینی دارد.     
معایب:
الف - فضاهای بیشتری برای تامین دیوارهای باربر مورد نیاز است.   
ب- تعداد طبقات قابل اجرا با این سیستم محدودیت دارد.   
ج- به علت نبود ماشین آلات بتن پاشی مناسب و عدم تراکم بتن پاششی سازه دچار ترک و چروک در اثر افت بتن در دراز مدت می گردد.  
د- فوم داخلی در دراز مدت در اثر عوامل مختلف ثبات نداشته و مشکلاتی را ایجاد می نماید. سیستم قاب سبک فولادی      
مزایا:
الف- سبکی بسیار زیاد سازه       
ب- سرعت بالای نصب 
ج- مقاومت زیاد سازه در برابر رطوبت     
معایب:
الف- محدودیت در تعداد طبقات : 2طبقه با اعضای مهاربند قطری و5 طبقه با دیوار برشی بتنی
ب- محدودیت در معماری به لحاظ محدودیت دهانه تیرها و نیز وجود دیوارهای باربر فلزی میانی
ج- نیاز به تکنولوژی ساخت بالا و نبود تولید کنندگان زیاد در حال حاضر
د- صداهای ناشی از انقباض و انبساط فولاد ناشی از عدم اجرای کامل دتایلها و حساسیت به نحوه ساخت و نصب
و- مقاومت کم در برابر اتش سوزی         
ز- وجود فضاهای خالی و امکان لانه گیری حشرات و حیوانات موذی در این فضاها

سیستم های پیش ساخته بتنی در انواع مختلف         
مزایا:
الف- تمامی مزایای عمومی ساختمانهای بتنی        
ب- سرعت بالا در ساخت و نصب با توجه به امکان ساخت همزمان قطعات در مکانی دیگر
ج- امکان بازرسی و کنترل بیشتر روند ساخت       
معایب:
الف- نیاز به ماشین آلات پیشرفته تر         
ب- اشکالات در طراحی و اجرای اتصالات قطعات به هم  
ج- نبود امکانات کافی در کشور

سیستم بتنی تونلی      
مزایا:
الف- مقاومت و شکل پذیری مناسب در برابر زلزله و بار قائم          
ب- سرعت بالاتر نسبت به اسکلت بتنی ضمن داشتن عمده مزایای ساختمان بتنی
معایب:
الف- فقط برای سیستم معماری با مدول مکعب مستطیل قابل اجرا بوده و دیوارهای زیاد سازه ای برای معماری مزاحمت دارند.    
ب- هزینه نسبتا بالای تامین قالب و امکانات اجرایی و مواد افزودنی بتن مثل روان کنندها و تسریع کننده گیرش بتن
ملاحظات خاص معماری جهت بستن و باز کردن قالبهای تونلی و محدودیتهای اجرا در خصوص ابعاد قالب و قالب گذاری

مقایسه سیستم های مختلف سقف

1- طاق ضربی  
2- تیرچه بتنی   
3- تیرچه فولادی با جان باز        
4- مرکب بتن و فولاد (کامپوزیت)           
5- دال بتنی درجا          
6- دال بتنی پس کشیده   تاق ضربی      
مزایا:
الف- استفاده از مصالح سنتی و آشنایی عوامل اجرایی        
ب- هزینه اجرایی متوسط           
معایب:
الف- عدم یکپارچگی مناسب و محدودیت های آئین نامه زلزله       
ب- وزن زیاد    
ج- مقاومت کم در مقابل آتش و انتقال حرارت زیاد          
د- محدودیت در دهانه های بزرگ از نظر اقتصادی و ضخامت بالای تیرها

تیرچه و بلوک با تیرچه پاشنه بتنی   
مزایا:
الف- پیوستگی و صلبیت مناسب سقف     
ب- فراوانی مصالح مربوطه و آشنایی عوامل اجرایی           
ج- سبک بودن و عایق حرارتی و صوتی مناسب در صورت استفاده از بلوک پلی استایرن      
معایب:
الف- نیاز به شمع بندی و زمان بری ناشی از آن     
ب- سنگینی سقف برای بلوک های سفالی و سیمانی         
ج- مقاومت کم در برابر آتش سوزی برای بلوک های پلی استایرن 
د- ضخامت نسبتا زیاد سقف

تیرچه فولادی با جان باز      
مزایا:
الف- فراوانی و در دسترس بودن مصالح   
ب- سرعت اجرای نسبتا مناسب با توجه به عدم نیاز به شمع بندی     
ج-سایر مزایای سقف تیرچه و بلوک بتنی
معایب:
الف- کیفیت بسیار نامناسب تیرچه های فولادی و تهیه با مصالح نامرغوب و مستعمل توسط افراد بی تجربه که برطرف کردن این موارد موجب افزایش هزینه ها خواهد شد. 
ب- وزن نسبتا زیاد در صورت استفاده از بلوک سفال و سیمانی      
ج- مقاومت کم در برابر آتش سوزی بخصوص در صورت استفاده از بلوک پلی استایرن
د- ضخامت نسبی زیاد سقف       
و- عمر مفید کم به علت کاربرد ورق فولادی نازک بدون محافظت در مقابل رطوبت

مرکب بتن و فولاد (کامپوزیت)       
مزایا:
الف- یکپارچگی و صلبیت مناسب سقف  
ب- استفاده بهینه از ظرفیت مصالح بتنی و فولادی  
ج- سرعت مناسب اجرایی بخصوص در طراحی بدون شمع بندی و نیز استفاده از قالب ماندگار سازه ای
د- امکان عبور تاسیسات از زیر سقف و کاهش بار مصالح پرکننده کف
و- مقاومت مناسب در برابر آتش سوزی و حرارت 
ز- امکان پوشش دهانه های بزرگ          
معایب:
الف- لزوم اجرای سقف کاذب در زیر سقف        
ب- ضخامت نسبتا زیاد سقف     
ج- ارتعاش زیاد در صورت طراحی نامناسب         
د- سرعت کم در صورت طرح بهینه با شمع بندی

دال بتنی دو طرفه درجا       
مزایا:
الف- یکپارچگی و صلبیت مناسب           
ب- ضخامت نسبتا کم در قسمت دال       
ج- مقاومت بالا در برابر آتش سوزی       
معایب:
الف- سرعت اجرایی پائین و ضرورت قالب بندی کامل سقف         
ب- هزینه اجرایی بالا    
ج- عمر مفید مناسب      
د- وزن نسبتا زیاد سقف بخصوص برای دهانه های بزرگ

دال بتنی درجا با مفتول های پس کشیده   
مزایا:
الف- کلیه مزایای بیان شده برای دال بتنی درجا     
ب- امکان پوشش دهانه های بزرگ با ضخامت کم دال     
معایب:
الف- نبود تکنولوژی در دسترس و انحصاری بودن نسبی روش        
ب- هزینه اجرای بالا

بررسی سیستم های مختلف دیوار     
1- تیغه سفالی   
2- دیوار ساندویچی با بتن پاششی
3- دیوار خشک
4- دیوارچینی با بلوک بتن سبک             تیغه  سفالی    
مزایا:
الف- در دسترس بودن مصالح مورد استفاده و عدم نیاز به نیروی تخصصی   
ب- وزن نسبتا مناسب و ضخامت قابل قبول           
ج- تبادل حرارتی و صوتی کم مناسب برای تیغه چینی دیوارهای داخلی       
د- مقاومت موضعی کافی در برابر نیروهای ضربه ای          
معایب:
الف- نیاز به کلاف بندی مناسب فولادی برای رعایت ضوابط لرزه ای          
ب- سرعت نسبتا کم اجرا           
ج- ضریب انتقال حرارتی نسبتا بالا که برای دیوارهای پیرامونی با ضخامت کم قابل اجرا نمی باشد.

دیوار ساندویچی با بتن پاششی         
مزایا:
الف- یکپارچگی و مقاومت بسیار مناسب و عدم نیاز به کلاف بندی فولادی خاص    
ب- مقاومت خوب در برابر انتقال صورت و حرارت          
ج- سرعت اجرای بالا    
د- موجود بودن نسبی مصالح       
و- امکان کاهش ضخامت دیوار بخصوص برای دیوارهای خارجی  
معایب:
الف- نیاز به تجهیزات برای اجرای مناسب بتن پاشی          
ب- ضرورت در نظر گرفتن تاسیسات قبل از اجرای بتن پاشی و قبل از اتمام سفت کاری       
ج- هزینه اجرایی نسبتا زیاد         
د- از بین رفتن لایه پلی استایرن میانی در حرارت بالا به خصوص در اطراف دودکش ها و اشکالات ثانوی ناشی از آن

دیوار خشک  
مزایا:
الف- سرعت بالای اجرا 
ب- وزن کم     
معایب:
الف - مقاومت به نسبت کم در مقابل عوامل محیطی و ضربه
ب- احساس ناخوشایند استفاده کننده      
ج- انتقال صوت

دیوار چینی با بلوک بتن سبک        
مزایا:
الف- وزن نسبتا کم و سرعت نسبی بالا در اجرا     
ب- ضریب انتقال حرارتی پائین تر از بلوک سفال 
ج- عدم نیاز به عوامل اجرای با تخصص ویژه        
د-برش آسان بلوک جهت اجرای تاسیسات برقی  
ه –نیاز به ضخامت کم جهت انجام نازک کاری   
معایب:
الف- عدم یکپارچگی همانند سیستم های ساندویچی         
ب- نیاز به کلاف بندی فولادی و در نتیجه افزایش قیمت   
ج- افت بتن در طول زمان در نمونه های تولیدی در استان   
د- هزینه بالا در نمونه های تولیدی در خارج استان و هزینه حمل بالا           
و- ضخامت زیاد برای دیوارهای محیطی

مقایسه بین سیستم های مختلف دیوارچینی  
برای دیوارهای محیطی خارجی ساختمان ها و دیوارهای بین واحدی و نیز دیوارهای داخلی واحدها  اهمیت پارامترهای مختلف متفاوت می باشند لذا در ادامه با تفاوت وزن پارامترها به جدول مقایسه هر یک از روشها پرداخته می شود.

نتیجه گیری   
ا- برای سیستم سازه ای مناسب ترین گزینه قاب ساده فولادی با دیوار برشی و سپس همین سیستم با گزینه بادبندی حائز بیشترین امتیاز گردید. که می توان سیستم جوشی و یا سیستم پیچ و مهره را نیز با اولویت جوشی اختیار نمود. پس از آن قاب خمشی بتنی با دیوار برشی مناسب ترین گزینه تعیین شد.
2- در گزینه های مختلف سقف ها سقف مرکب بتن و فولاد یا کامپوزیت مناسب ترین گزینه بوده و سپس تیرچه و بلوک سقف دارای امتیاز بالاتر بعدی می باشد.
3- برای گزینه های مختلف دیوارها برای دیوارهای خارجی و بین واحدی دیوار ساندویچی با بتن پاششی و برای دیوارهای داخلی دیوار خشک انتخاب شده است. گزینه دوم در این بین می تواند دیوارچینی با بتن سبک باشد.
4- امکان ترکیب در برخی گزینه های برتر سازه ای و سقف با هم در برخی موارد وجود ندارد بطور مثال در صورت انتخاب سیستم بتنی امکان اجرای سقف کامپوزیت نمی باشد و باید الزاما به سراغ سقف تیرچه و بلوک رفت.

تعریف خوردگی

تعریف خوردگی :

خوردگی را تخریب یا فاسد شدن یک ماده در اثر واکنش با محیطی که در آن قرار دارد ، تعریف می­کنند. مثلاً تخریب رنگ و لاستیک به وسیله نور خورشید یا مواد شیمیایی ، خورده شدن جداره­ی کوره­ی فولادی سازی ، و خورده شدن یک فلز جامد به وسیله مذاب یک فلز دیگر تماماً خوردگی نامیده می­شوند. خوردگی می­تواند سریع یا کند صورت گیرد.ریل­های راه آهن معمولاً به آهستگی زنگ می­زنند ، ولی سرعت زنگ زدن آن قدر نیست که بر کارایی آنها درطول سال­های زیاد اثری بگذارد. ستون آهنی معروف دهلی در هندوستان حدود 2000 سال پیش ساخته شده و هنوز به خوبی روز اول است. ارتفاع آن 32 فوت و قطر آن 2 فوت است. لکن بایستی توجه شود که این ستون آهنی عموماً در شرایط جوی خشک قرار داشته است .

خوردگی فلزات را همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است می­توان برعکس متالورژی استخراجی درنظر گرفت. در متالورژی استخراجی ، هدف عمدتاً به دست آوردن فلز از سنگ معدن و تصفیه یا آلیاژسازی آن برای مصارف مختلف می­باشد. اکثر اکسیژن منجر به تشکیل اکسید آهن هیدراته می­گردد ، اگرچه اکثر فلزات موقعی که ‌آهن و فولاد به کار می­رود ، بنابراین می­گوئیم فلزات غیرآهنی خورده می­شوند و نمی­گوئیم زنگ می­زنند.

محیط های خورنده :

عملاً کلیه­ی محیط­ها خورنده هستند ، لکن قدرت خورندگی آنها متفاوت است .        مثال­هایی در این مورد عبارتند از : هوا و رطوبت ، آب­های تازه ، مقطر ، نمکدار ، معدنی ، آتمسفرهای روستائی ، شهری و صنعتی ، بخار و گازهای دیگر مثل کلر ، آمونیاک ، سولفورهیدروژن دی اکسید گوگرد و گازهای سوختنی ، اسیدهای معدنی مثل اسید کلریدریک ، سولفوریک ، نیتریک ، اسیدهای آلی مثل نفتنیک ، استیک ، و فرمیک ، قلیائی­ها ، خاک­ها ، حلال­ها ، روغن­های نباتی و نفتی ، انواع و اقسام محصولات غذایی به طور کلی مواد معدنی خورنده­تر از مواد آلی می­باشند. مثلاً خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلرور سدیم ، گوگرد ، اسید سولفوریک و کلریدریک و آب است تا به خاطر روغن ، نفت و بنزین . کاربرد درجه حرارت­ها و فشارهای بالا در صنایع شیمیایی باعث امکان­پذیر شدن فرآیندهای جدید یا بهبود فرآیندها قدیمی شده است ، به عنوان مثال راندمان بالاتر ، سرعت تولید بیشتر ، یا تقلیل قیمت تمام شده . این مطلب همچنین در مورد تولید انرژی از جمله انرژی       هسته­ای ، صنایع فضائی و تعداد بسیار زیادی از روش­ها و فرآیندها صادق است. درجه حرارت­ها و فشارهای بالاتر معمولاً باعث ایجاد شرایط خوردگی شدیدتری می­گردند. بسیاری از فرآیندها و عملیات متداول امروزه بدون استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی غیرممکن یا غیراقتصادی می­باشند.

طبقه­بندی خوردگی :

خوردگی را به روش­های مختلف طبقه­بندی می­کنند. در یک روش ، خوردگی به دو گروه خوردگی در درجه­ی حرارت­های بالا و درجه حرارت­های پایین تقسیم می­گردد . در یک روش دیگر خوردگی به ترکیب مستقیم (یا اکسیداسیون) و خوردگی الکتروشیمیایی تقسیم­بندی می­گردد. در اینجا طبقه­بندی عبارت است از :

1.خوردگی تر 2.خوردگی خشک . خوردگی تر در حضور یک مایع انجام می­شود . معمولاً مایع شامل محلول­ها یا الکترولیت­هایی بوده و عامل قسمت اعظم خوردگی است. یک مثال در این مورد خوردگی فولاد به وسیله آب می­باشد. خوردگی خشک موقعی است که فاز مایع وجود نداشته باشد یا بالای نقطه شبنم محیط باشیم. در این موارد بخارات و گازها عمل خورنده بوده و غالباً این نوع خوردگی در درجه  حرارت­های بالا صورت می­گیرد. یک مثال در این حالت خوردگی فولاد به وسیله گازهای کوره می­باشد.

وجود حتی مقادیر کم رطوبت می­تواند شکل خوردگی را به کلی دگرگون سازد. مثلاً کلر خشک باعث خوردگی فولاد معمولی نمی­شود ، لکن کلر مربوط یا کلر حل شده در آب ، به شدت خورنده بوده و باعث خوردگی اکثر فلزات و آلیاژها می­گردد . در مورد تیتانیم عکس این مطلب صادق است. گاز کلر خشک خورنده تر از گاز کلر مربوط برای این فلز می­باشد.

انواع خوردگی :

در بین انواع خوردگی می­توان 8 نوع منحصر به فرد پیدا نمود ، لکن تمام آنها کم و بیش وجه تشابهی دارند. این 8 نوع عبارتند از :

 1.خوردگی یکنواخت یا سرتاسری

 2.خوردگی گالوانیک یا دو فلزی

3.خوردگی شیاری

4.حفره­دار شدن

5.خوردگی بین دانه­ای

6.جدایش انتخابی

7.خوردگی سایشی

8.خوردگی توأم با تنش.

خوردگی یکنواخت :

خوردگی یکنواخت معمولی­ترین و متداول­ترین نوع خوردگی است . معمولاً به وسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی به طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد ، مشخص می­شود . فلز نازک ونازک­تر شده ، و نهایتاً از بین می­رود تا تجهیزات موردنظر منهدم می­شوند. مثلاً یک قطعه فولاد یا روی در داخل یک محلول رقیق اسید سولفوریک معمولاً با سرعت یکسانی در تمامنقاط قطعه خورده خواهد شد. در شکل صفحه بعد یک تانک فولادی در یک کارخانه متروکه ذوب طلا نشان داده شده است . قسمت زیر دایره­ای در وسط عکس ضخیم­تر از بقیه قسمت­های تانک بود. این قسمت حالا به وسیله شبکه­ای میله­های تقویتی نگهداری می­شود.

خوردگی یکنواخت یا سرتاسری ، از نظر تناژ مقدار فلز خورده شده بالاترین رقم را دارد ، لکن این نوع خوردگی از نقطه نظر فنی اهمیت چندانی ندارد ، زیرا عمر تجهیزاتی که تحت این نوع خوردگی قرار می­گیرند را دقیقاً می­توان با آزمایشات ساده­ای تخمین زد. برای این منظور تنها قرار دادن نمونه­های آزمایش در داخل محلول موردنظر غالباً کافی است . خوردگی یکنواخت را به طرق زیر می­توان متوقف نمود یا کم کرد : 1.انتخاب مواد و پوشش صحیح 2.به وسیله ممانعت کننده 3.با استفاده از حفاظت کاتدی .

خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی :

موقعی که دو فلز غیر هم­جنس که در تماس الکتریکی با یکدیگر هستند ، در معرض یک محلول هادی یا خورنده قرار بگیرند ، اختلاف پتانسیل بین آن دو باعث برقراری جریان الکترون بین آنها می­شود ، نسبت به موقعی که این دو فلز در تماس الکتریکی با یکدیگر نباشند ، خوردگی فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد ، افزایش یافته وبرعکس ، خوردگی فلز مقاومت­تر ، تقلیل می­یابد. فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد آندی شده و فلز مقاوم­تر (از نظر خوردگی) کاتدی می­شود. معمولاً کاتد یا فلز کاتدی در این نوع خوردگی یا اصلاً خورده نمی­شود و یا اگر خورده شود ، مقدار خوردگی آن خیلی کم خواهد بود. به علت وجود جریان­های الکتریکی بین فلزات غیر هم­جنس این نوع خوردگی ، خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی نامیده می­شود . این نوع خوردگی ، خوردگی الکتروشیمیایی بوده ، لکن برای سهولت تشخیص ، اصطلاح گالوانیکی یا دو فلزی را در این مورد به کار می­بریم.

نیروی محرکه برای برقراری جریان و در نتیجه خوردگی ، پتانسیلی است که بین این دو فلز وجود دارد . باطری خشک که به طور شماتیکی در شکل زیر نشان داده شده است مثال خوبی در این مورد است. الکترود کربنی به عنوان یک فلز مقاوم خوردگی خورده می­شود. خمیر بین الکترودها هادی الکتریسیته است (و خورنده) و جریان الکتریکی را در داخل باطری هدایت می­کند. از منیزیم نیز می­توان به عنوان فلز آند یا جداره باطری استفاده نمود.

جلوگیری :

روش­هایی برای مبارزه یا حداقل نمودن خوردگی گالوانیکی وجود دارد . بعضی وقت­ها یکی از این روش­ها کافی است ، لکن بعضی مواقع ممکن است یک یا چند تا از این روش­ها لازم باشد. این روش­ها به شرح زیر می­باشند :

1.در صورت نیاز به کاربرد فلزات غیر همجنس حتی­الامکان سعی کنید که موقعیت آنها در جدول گالوانیکی به یکدیگر نزدیک­تر باشد .

2.از نسبت سطحی نامطلوب ، آند کوچک و کاتد بزرگ ، بپرهیزید . قطعات کوچک مثل پیچ و مهره­ها یا میخ پرچ­ها برای نگهداشتن فلزات فعال­تر به یکدیگر مناسب هستند.

3.فلزات غیرهمجنس هر جا که ممکن است از یکدیگر عایق سازید و در صورت امکان بایستی اجزاء را کاملاً عایق­بندی کرد. یک اشتباه متداول در این زمینه در اتصالات پیچی همچون فلانج­ها می­باشد . به عنوان مثال می­توان به اتصال لوله و والو به یکدیگر اشاره کرد ، به طوری که لوله از جنس فولاد و یا سرب و والو از مواد دیگری انتخاب گردد.

در این حالت برای عایق کردن دو قسمت از واشر باکلیتی در زیر پیچ و مهره­ها استفاده می­گردد ، ولی باز هنوز بدنه پیچ­ها با فلانج در تماس است. برای حل این مسئله همراه واشر از تیوب­های پلاستیکی بر روی بدنه پیچ­ها استفاده می­گردد . به طوری که پیچ­ها کاملاً از فلانج­ها مجزا گردند. شکل (a-a) نحوه صحیح عایق کردن در یک اتصال با پیچ را نشان می­دهد. نوار پیچی و رنگ ، مقاومت الکتریکی مدار را زیاد می­کنند و راه­حل­های دیگری می­باشند.

4.پوشش­ها را البته با احتیاط به کار ببرید. از حالات شبیه آنچه که در رابطه با شکل (b-b) گفته شد ، پرهیز نمائید . پوشش را به خوبی تعمیر کنید ، مخصوصاً پوشش روی نواحی آندی .

5.در صورتی که ممکن باشد برای کم کردن خورندگی محیط ، از ممانعت کننده استفاده کنید .

6.درباره موادی که در جدول گالوانیکی دور از یکدیگر قرار دارند ، از اتصالات پیچ و مهره­ای پرهیز نمائید. همان طور که در شکل (a-a) نشان داده شده است قسمتی از ضخامت مؤثر جداره فلز در مرحله پیچ­سازی برداشته می­شود . به علاوه ، مایعات کندانس شده یا رطوبت کندانس شده ، می­تواند در شیارهای پیچ تجمع پیدا کند و همان جا باقی بماند.

اتصال زردجوش ، با استفاده از یک آلیاژی که حداقل نسبت به یکی از دو فلز تحت اتصال نجیب­تر باشد ، ارجحیت دارد. استفاده از الکترود همجنس با فلز زمینه­ای که جوشکاری در آن صورت می­گیرد ، مطلوب­تر است .

7.قسمت­های آندی را طوری طراحی کنید که به سهولت قابل تعویض باشند یا آنها را ضخیم­تر انتخاب کنید تا عمر بیشتری داشته باشند .

8.به اتصال­های گالوانیکی ، فلز سومی که نسبت به دو فلز قبلی آند باشد ، متصل نمائید .

  خوردگی شیاری :

اکثراً در شیارها و نواحی دیگری روی سطح فلز که حالت مرده دارند ، و در معرض محیط خورنده قرار دارند ، خوردگی موضعی شدیدی اتفاق می­افتد. این نوع خوردگی معمولاً همراه با حجم­های کوچک محلول­ها یا مایعات که در اثر وجود سوراخ ، سطوح واشرها ، محل روی هم قرار گرفتن دو فلز ، رسوبات سطحی و شیارهای زیر پیچ ، مهره­ها ، و میخ پرچ­ها ساکن شده­اند یا به اصطلاح حالت مرده پیدا کرده­اند ، می­باشد در نتیجه این نوع خوردگی را خوردگی شیاری یا گاهی اوقات خوردگی  لکه­ای یا واشری نیز می­نامند.

فاکتورهای محیطی :

مثال­هایی از رسوباتی که ممکن است باعث خوردگی شیاری (یا خوردگی لکه­ای) بشوند عبارتند از : ماسه ، کثافات ، محصولات خوردگی و جامدات دیگر . رسوب به عنوان یک مانع عمل می­کند و در زیر آن محلول به صورت ساکن درمی­آید. رسوبات می­توانند محصولات خوردگی نیز باشند. شکل (c-c) خوردگی شیاری یک کویل حرارتی از نقره خالص را بعد از فقط چند ساعت کار نشان می­دهد. جامدات معلق نامحلول روی سطح کویل را سبب شده و درمثال حاضر باعث خوردگی نشان داده شده گردیده است. جداره داخلی تانک با روکش نقره هیچ گونه اثری از خوردگی نشان نداده ، زیرا در این نواحی رسوبی به وجود نیامده است .

تماس بین سطوح فلز و غیرفلز نیز می­تواند باعث خوردگی شیاری گردد. این حالت در مورد بعضی واشرها پیش می­آید. مثال­هایی از این گونه واشرها که می­توانند باعث این نوع خوردگی گردند ، عبارتند از : چوب ، پلاستیک ، لاستیک ، شیشه ، بتن ، آزبست ، مومو پارچه. شکل (d-d) مثال خوبی از خوردگی شیاری در فصل مشترک واشر با فولاد زنگ نزن می­باشد. داخل لوله مقدار ناچیزی خورده شده است . فولادهای زنگ نزن خصوصاً مستعد به خوردگی شیاری هستند.

 

 

مبارزه با خوردگی شیاری :

روش­های مبارزه با خوردگی شیاری یا حداقل کردن آن به شرح زیر می­باشند :

1. در تجهیزات جدید به جای پرچکاری یا استفاده از پیچ و مهره ، از جوشکاری استفاده کنید. لازم است جوش­ها سالم و بی­عیب باشند و نفوذ کامل مذاب به داخل درز جوش صورت گیرد تا از به وجود آمدن حفره و شیار در طرف دیگر خط جوش جلوگیری گردد.

2. شیارها را در محلول روی هم قرار گرفتن دو فلز با جوشکاری مداوم ، کالک کردن و یا لحیم­کاری بپوشانید.

3. تانک­ها و مخازن را طوری طراحی کنید که هنگام تخلیه هیچ گونه مایعی در داخل آنها باقی نماند ، از گوشه­های تیز و نواحی مرده وساکن بپرهیزید. تخلیه کامل ، شستشو و تمیز کردن را آسان­تر م­سازد و از ته نشین شدن جامدات و تجمع آنها در کف مخزن جلوگیری می­نماید.

4.تجهیزات را به طور منظم هر چند یک بار بازرسی کنید و رسوبات را تمیز کنید.

5.در صورت امکان جامدات معلق را در پروسس­های اولیه در سیکل کارخانه از بین ببرید.

6.در مرحله خوابیدن کارخانه ، مواد جاذب رطوبت را حذف نمائید.

7.در صورت امکان محیط یکنواخت به وجود بیاورید . مثلاً در پشت بند کردن یک خط لوله .

8. هر جا که ممکن باشد ، از واشرهای جامد که جاذب رطوبت نیستند ، مثل تفلون ، استفاده نمائید .

9.به جای پرس کردن لوله در صفحه لوله­ها ، از جوشکاری استفاده نمائید.

خوردگی فیلامنتی :

خوردگی فیلامنتی یک نوع خاص از خوردگی شیاری است ؛ اگرچه ظاهراً شباهتی به آن ندارد . در اکثر موارد ، در زیر پوشش­های محافظ سطحی اتفاق می­افتد و به همین دلیل غالباً آن را خوردگی زیرپوشش نیز می­نامند. این نوع خوردگی خیلی متداول است ، متداول­ترین مثال ، خوردگی سطوح لعابدار یا لاکی ظروف غذا و نوشابه­ای که در معرض اتمسفر قرار گرفته­اند می­باشد . فیلامنت­هایی به رنگ قرمز متمایل به قهوه­ای نشان دهنده خوردگی از این نوع می­باشد.

خوردگی فیلامنتی روی سطوح فولاد ، منیزیم و آلومینیم که با قلع ، نقره ، طلا ، فسفات ، لعاب ، لاک پوشش داده شده­اند ، مشاهده شده است . همچنین روی کاغذ فویل­های آلومینیم دیده شده است . خوردگی در این حالت در فصل مشترک کاغذ آلومینیم اتفاق افتاده است .

خوردگی فیلامنتی ، یک نوع خوردگی غیرعادی است ، زیرا باعث تضعیف یا از بین رفتن قطعه نمی­شود ، بلکه تنها به ظاهر جسم صدمه می­زند.

جلوگیری :

برای جلوگیری از خوردگی فیلامنتی راه کاملاً مناسبی وجود ندارد ، بدیهی است که یک راه مبارزه با این نوع خوردگی اجتناب از قرار دادن سطوح فلزی پوشش داده شده در محیط­های مرطوب می­باشد. اگرچه این روش می­تواند در بعضی موارد به کار رود ، ولی برای نگهداری­های طویل­المدت عملی نیست. یک راه دیگر که مورد استفاده قرار گرفته است ، پوشش دادن با روکش­های ترد می­باشد . در این صورت اگر یک فیلامنت شروع به رشد نماید ، در محل سر فعال پوشش ترک می­خورد. با نفوذ اکسیژن به سر فعال ، اختلاف غلظت اکسیژن که عامل اولیه خوردگی است از بین می­رود و خوردگی متوقف می­شود . لکن همان طور که قبلاً اشاره شد ،  فیلامنت­های خوردگی در لبه­ها و گوشه­ها شروع می­شوند. بدین جهت در محل پارگی پوشش یک فیلامنت جدید شروع می­شود ، اگرچه پوشش­های ترد مانع از پیش­روی فیلامنت­ها می­شود ، لکن این روش مزایای چندانی ندارد . قطعاتی که بدین وسیله روکش شده­اند بایستی با احتیاط مورد استفاده قرار بگیرند ، در غیر این صورت پوشش صدمه خواهد دید. توسعه­ی پوشش­های جدید با قابلیت کم نفوذ آب در جلوگیری از خوردگی فیلامنتی امیدوارکننده است .

حفره دار شدن :

حفره دار شدن نوعی خوردگی شدیداً موضعی است که باعث سوراخ شدن فلز          می­شود. این سوراخ­ها ممکن است قطرهای مختلفی داشته باشند ع لکن در اثر موارد قطر آنها کوچک است . حفره­ها گاهی مجزا بوده و گاهی آنقدر نزدیک هم هستند که سطح زبری به وجود می­آورند . معمولاً در صورتی که قطر دهانه محل خورده شده تقریباً مساوی یا کمتر از عمق آن باشد ، شکل حاصل را حفره می­نامند.

حفره دار شدن یکی از مخرب­ترین و موذی­ترین انواع خوردگی می­باشد و در اثر سوراخ شدن تجهیزات یا قطعات فلزی ، باعث بلا استفاده شدن آنها می­شود ، در حالی که تقلیل وزن حاصل از این نوع خوردگی ناچیز است . حفره­ها را غالباً به سختی می­توان دید ، زیرا اندازه آنها کوچک است و اغلب به وسیله محصولات حاصل از خوردگی پوشیده می­شوند. به علاوه ، چون در شرایط کاملاً مشابه تعداد و عمیق نفوذ حفره­های به وجود آمده روی سطوح فلزی یکسان نیست ، حفره دار شدن را به سختی می­توان به طور کمی اندازه گرفت و مقایسه نمود. همچنین حفره دار شدن را به وسیله آزمایشات خوردگی به سختی می­توان پیش­بینی نمود. گاهی اوقات در عمل حفره­ها زمان زیادی برای به وجود آمدن لازم دارند ، چند ماه یا یکسال ، حفره دار شدن از این جهت غالباً به طور ناگهانی واقع می­شود و خسارات بزرگی ممکن است به بار آورد.

جلوگیری :

روش­هایی که برای مبارزه با خوردگی شیاری ذکر گردید ، معمولاً برای حفره­دار شدن نیز به کار می­رود.

خوردگی بین دانه­ای:

اگر یک فلز در یک شرایط خاص ناپایدار باشد و در نتیجه خورده شود ، چون مرز دانه­ها معمولاً کمی فعال­تر از خود دانه­ها می­باشند ، بنابراین خوردگی یکنواخت به وجود می­آید. لکن ، تحت بعضی شرایط ، مرز دانه­ها نسبت به دانه­ها خیلی فعال­تر می­شوند و خوردگی بین دانه­ای به وجود می­آید. خوردگی موضعی و متمرکز در مرز دانه­ها یا نواحی نزدیک به آنها در حالی که خود دانه­ها یا اصلاً خورده نشده­اند یا کم خورده شده­اند ، را خوردگی بین دانه­ای می­نامند. آلیاژ پودر می­شود (دانه­ها یا کریستال­ها جدا می­شوند) و یا استحکام خود را از دست می­دهد.

خوردگی بین دانه­ای به وسیله ناخالصی­های موجود درمرز دانه­ها ، غنی شدن یا فقیر شدن مرز دانه­ها نسبت به یک عنصر آلیاژی در این نواحی واقع می­شود. مقادیر جزئی آهن در آلومینیوم که قابلیت انحلال کمی برای آهن دارد ، به مرز دانه­ها رفته و باعث خوردگی بین دلنه­ای می­شوند. فقیر شدن مرز دانه­ها نسبت به کرم باعث خوردگی بین دانه­ای فولادهای زنگ­نزن می­گردد.

خوردگی سایشی :

خوردگی سایشی عبارت است از سرعت یافتن یا افزایش سرعت خوردگی یا از بین رفتن یک فلز در اثر حرکت نسبی بین یک مایع خورنده و سطح فلز . معمولاً این حرکت خیلی سریع است و اثرات سایش مکانیکی و یا سائیده شدن وجود دارد . یون­های فلزی حل شده روی سطح فلز در اثر حرکت روی سطح باقی نمی­مانند ، یا محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلزبه طریق مکانیکی کنده می­شوند.

خوردگی سایشی دارای ظاهری شیاردار ، موجی شکل ، سوراخ­های کروی شکل و ناهموار می­باشد و معمولاً این اشکال در جهت خاصی قرار گرفته­اند. شکل(e-e)  ظاهر موجی شکل خوردگی سایشی را نشان می­دهد. این پروانه پمپ بعد از سه هفته کار به این صورت درآمده است . شکل (f-f) نشان دهنده خوردگی سایشی لوله مبدل حرارتی حاوی آب به طور شماتیکی می ­باشد.

 

روش­های مبارزه با خوردگی سایشی :

روش­های مبارزه با خوردگی سایشی به ترتیب اهمیت عبارتند از :

1.کاربرد موادی با مقاومت بهتر از نظر خوردگی سایشی .

2.طراحی

3.تغییرات در محیط خورنده

4.کاربرد پوشش­ها

5.حفاظت کاتدی

مواد بهتر :

دلایل استفاده از موادی که مقاومت بهتری دارند ، واضح است این روش اقتصادی­ترین راه­حل اکثر مسائل خوردگی سایشی است .

طراحی :

این روش مهمی است که به وسیله­ی آن عمر فلز مورد استفاده یا کم قیمت­تررا می­توان به طور قابل ملاحظه­ای افزایش داد یا عملاً میزان خوردگی آنها را به صفر رسانید.

تغییر محیط :

هوازدائی و افزودن ممانعت کننده­ها روش­های خوبی هستند ، لکن در اکثر موارد برای تقلیل مخارج خوردگی سایشی از نظر اقتصادی مناسب نمی­باشند. از بین بردن جامدات معلق یا ته­نشین کردن و فلیتر کردن روش مفیدی است . هر موقع که ممکن باشد ، درجه حرارت محیط را بایستی کم نمود. در بسیاری از موارد این کار انجام شده است بدون اینکه اثر مخربی روی بقیه سیستم داشته باشد . در خوردگی سایشی نیز شبیه انواع دیگر خوردگی درجه حرارت بدترین دشمن ماست.

کاربرد پوشش :

گاهی اوقات پوشش­هایی از انواع مختلف که مانع انعطاف­پذیری و نرمی ، بین فلز و محیط آن می­شوند مورد استفاده قرار می­گیرند ، لکن این همواره عملی نیست . پوشش­های سخت یا زره­ها یا روکش­های قابل تعویض گاهی اوقات مفید می­باشند ، مشروط بر آن که از جنس مقاومی از نظر خوردگی ساخته شده باشند. تعمیر نواحی خورده شده با جوشکاری غالباً عملی می­باشد.

حفاظت کاتدی :

این روش میزان خوردگی را کم می­کند ، لکن در مورد خوردگی سایشی هنوز به طور وسیعی متداول نشده است . در یک کارخانه برای محافظت مدخل ورودی لوله­های مبدل­های حرارتی شامل آب دریا از ورق­های فولادی و بعضی­ها از روی استفاده        می­کنند.

خوردگی فرسایشی :

این نوع خوردگی در محل­های تماس بین دو فلز که تحت بار هستند و در معرض ارتعاش و لغزش قرار دارند ، ایجاد می­شود. خوردگی فرسایشی روی فلز به صورت حفره­ها یا شیارهایی که به وسیله­ی محصولات خوردگی احاطه شده است ، ظاهر می­شود. این نوع خوردگی نام­های دیگری نیز دارد ، من­جمله اکسیداسیون اصطکاکی ، اکسیداسیون سایشی ، برینل کاذب (به واسطه شباهت حفره­ها به فرورفتگی­هایی که در آزمایش سختی برینل روی فلز ایجاد می­شود) خوردگی فرسایشی در اجزا موتورها ، قطعات اتوموبیل­ها اجزائی که به یکدیگر پیچ شده­اند وماشین­آلات دیگر مشاهده شده است . اساساً این نوع خوردگی ، حالت خاصی از خوردگی سایشی است که در تماس با آتمسفر اتفاق می­افتد.

برای اینکه خوردگی فرسایشی اتفاق بیفتد ، شرایط زیر بایستی مهیا باشد :

1.محل تماس تحت بار باشد.

2.ارتعاش یا حرکت نسبی بین دو سطح مکرراً صورت گیرد .

3.بار و حرکت نسبی در فصل مشترک بایستی برای تولید لغزش یا تغییر شکل روی سطوح کافی باشد .

در بسیاری موارد با اعمال یک یا چند روش زیر می­توان خوردگی فرسایشی را به حداقل رسانید یا عملاً آن را حذف نمود :

1.از روغن یا گرانروی پایین و چسبندگی بالا و گریس استفاده کنید . روغن­کاری ، اصطکاک بین سطوح یاتاقان­ها را کاهش داده و اکسیژن را از منقطه خارج می­سازد. غالباً قبل از روغن­کاری سطح را فسفاته نیز می­کنند ، چون روکش­های فسفاته متخلخل بوده و مواد روغنی را بهتر در خود نگهداری می­کنند. روغن­کاری به همراه فسفاته کردن اثر بهتری دارد.

2.سختی فلزات در تماس با یکدیگر را افزایش دهید . برای این کار می­توان از مواد سخت مناسب یکدیگر استفاده نمود. مواد سخت ، مقاوم­تر از مواد نرم هستند . هم­چنین افزایش سختی سطحی با ساچمه­پاشی یا کار سرد ، مقاومت در برابر خوردگی فرسایشی را افزایش می­دهد.

3.با افزایش زبری ، اصطکاک بین سطوح در تماس با یکدیگر را افزایش دهید. اغلب سطوح یاتاقان­هایی که در حمل و نقل­های طولانی در معرض ارتعاشات قرار می­گیرند را با سرب روکش می­کنند تا از خوردگی فرسایشی در آنها جلوگیری شود. موقعی که یاتاقان مورد استفاده قرار گرفت روکش سرب به سرعت از بین می­رود.

4.برای کم کردن ارتعاشات و حذف هوا در یاتاقان­ها از واشر استفاده کنید.

5.برای جلوگیری از لغزش بین سطوح در تماس با یکدیگر ، بار روی آنها را افزایش دهید.

6.بار روی سطح یاتاقان­ها را تقلیل دهید. توجه شود که تقلیل بار همواره مشکل را حل نمی­کند ، زیرا بارهای خیلی کوچک نیز می­توانند تولید اشکال نماید .

7. در صورت امکان حرکت نسبی بین قطعات را افزایش دهید تا از این نوع خوردگی جلوگیری شود .

دیوارهاى غیرباربر سبک پیش ساخته LSF

   دیوارهاى غیرباربر سبک پیش ساخته LSF

صفحات دیوارى سبک که از سیستم ساختمانى قاب هاى سبک سرد نورد شده منشعب مى شوند قابل کاربرد در اکثر سیستم هاى ساختمانى است. این صفحات دیوارى  بر اساس کاربرد از اجزایى به نام     ) stud وادار (و) track تیرچه( شکل گرفته است و ساختار اصلى دیوارها از ترکیب نیم رخ هاى فولادى گالوانیزه سرد نورد شده، برپا مى شود.  مقطع مورد استفاده در این دیوارها C است که معمولا با اتصالات مکانیکى به یکدیگر متصل مى شوند. هر دیوار از تعدادى اجزاى عمودى C شکل (وادار) به

فواصل 40 تا 60 سانتى متر که در بالا و پایین به اجزاى افقى ناودانى شکل C یاU  شکل(تیرچه) متصل شده ا ند تشکیل مى شود در صورتى که از مقاطع  C شکل به عنوان تیرچه استفاده شود، لازم است برش کارى در محل نصب وادار انجام گیرد.  این سیستم، قابلیت بالایى براى نصب عایق حرارتى

دارد. عایق حرارتى را به دو روش می توان بین وادارها نصب کرد. در روش اول، وادارها هم راستا اجرا مى شوند و عایق حرارتى، در فضاى بین آن ها قرار مى گیرد. در روش دوم، وادارها هم راستا اجرا نمى شوند و عایق حرارتى به صورت زیگزاگى بین آن ها حرکت مى کند. در این حالت، وادارها به صورت پل حرارتى عمل نخواهند کرد و عایق کارى در شرایط بهترى انجام مى شود. یکى دیگر از راه هاى عایق کارى دیوارها، نصب یک لایه حرارتى صلب در طرف خارجى قاب فلزى است.

عایق صوتى، از افزودن تخته گچى یا سیمانى در دو طرف عایق حرارتى) پشم شیشه( تامین مى شود. از دیگر روش هاى ایجاد عایق صوتى در یک طبقه، استفاده از دیوارهاى جداکننده با دو قاب مجزا از یکدیگر و نیز استفاده از وادارهاى آکوستیکى است. ورق هاى نسبتا نازک فولاد گالوانیزه در برابر آتش

داراى مقاومت کمى هستند و از این نظر باید محافظت شوند. در غیر این صورت، ساختارها از نوع  LSF در برابر آتش به سرعت دچار تغییر شکل مى شود و فرو مى ریزد.

محافظت این ساختارها در برابر آتش به وسیله تخته هاى گچى که بر روى چارچوب فولادى نصب مى شوند، قابل تامین است. به طور کلى، با توجه به کاهش قابل ملاحظه وزن و اتلاف اندک مصالح نسبت به شیوه هاى متداول و قابلیت انطباق این سیستم با مقررات ملى ساختمان، کاربرد این نوع دیواره هاى سبک غیرباربر داخلى براى انبوه سازى مناسب است.

این پانل ها در زمینه هاى انرژى، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن،  مورد ارزیابى قرار گرفته است و کاربرد آن، در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز است.

الزامات طراحى و اجرا براى سیستم دیوارهاى غیرباربر سبک پیش ساخته  (LSF)

-1  در نظر گرفتن تمهیدات لازم براى مشارکت نکردن این پانل ها در سختى جانبى سازه الزامى است.

-2  طراحى پانل هاى خارجى و اتصالات مربوط در مقابل بار باد مطابق مقررات ملى ایران مبحث ششم انجام گیرد.

 -3 حداکثر ارتفاع خالص مجاز پانل ها 3/2 متر است

-4  حداکثر وزن پانل هاى خارجى به 100 گیلوگرم بر مترمربع و پانل هاى داخلى به 50 کیلوگرم بر مترمربع محدود مى شود.

-5 رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر اساس استاندارد ASTM الزامى است.

-6  ضوابط مربوط به اجزاء اتصال شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره میباید مطابق آئین نامه AISI استاندارد AISC تأمین شود.

-7  در صورت استفاده از اتصالات جوشى، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکارى اعضاء سرد نورد شده مطابق استاندارد AISI و آئین نا مه هاى AWS  و AISC الزامى است.

 -8 لازم است تمهیدات لازم متناسب با شرایط مختلف اقلیمى و محیط هاى خورنده ایران صورت پذیرد.

-9  الزامات مربوط به انرژى باید مطابق مبحث نوزدهم مقررات ملى ساختمان رعایت شود.

 -10 در صورتى که عایق حرارتى به صورت پرکننده اجرا شود، باید نوع و ضخامت عایق، مقاومت حرارتى مورد نیاز را تأمین کند.

 -11 به منظور کاهش اثر پل حرارتى، لازم است حد فاصل وادارها (stud) و لایه خارجى جداره با نوعى عایق حرارتى متراکم پر شود.

 -12 لازم است ملاحظات کامل هوابندى در جداره هاى داخلى و خارجى، بازشوها و هم چنین محل نصب اجزاى اتصالى نظیر پیچ و مهره، با توجه به اقلیم مورد نظر و نیز خطر میعان به عمل آید.

-13 رعایت مبحث سوم مقررات ملى ساختمان درخصوص حفاظت ساختمان ها در مقابل حریق و

هم چنین الزامات نشریه شماره 444 مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره ها در مقابل حریق با در نظر گرفتن ابعاد ساختمان، کاربرى و وظیفه عملکردى اجزاى ساختمانى الزامى است.

 -14 صدابندى هوابرد جداکننده هاى بین واحد هاى مستقل و پوسته خارجى ساختمان و صدابندى سقف بین طبقات باید مطابق مبحث هجدهم مقررات ملى ساختمان تامین شود.

-15 کلیه مصالح و اجزاء در این سیستم از حیث دوام، خوردگى، زیست محیطى، بهداشتى و غیره باید بر مبناى مقررات ملى ساختمان ایران و یا آئین نامه هاى ملى یا معتبر بین ا لمللى شناخته شده و مورد تأیید به کار گرفته شود، در غیر این صورت اخذ تأییدیه فنى در این خصوص از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامى است.

-16 اخذ گواهى نامه فنى براى محصول تولیدى، پس از راه اندازى خط تولید کارخانه، از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامى است.

وسایل اندازه گیری شدت جریان

وسایل اندازه گیری شدت جریان

مقدمه :

در بررسی جریان ها همیشه مطالعه شدت جریان سیال به دلیل وابستگی آن به عواملی مانند انرژی جریان اهمیت زیادی دارد و تاثیر عوامل مختلف بر شدت جریان سیال که وابسته به فاکتورهای مختلفی است, درنظر گرفته می شود. لزجت سیال, دبی و مشخصات هندسی مقطع جریان  از عوامل مهم موثر بر شدت جریان می باشند که از عوامل شناسایی دستگاه اندازه گیری شدت جریان نیز می باشند.

هدف از این آزمایش بدست آوردن ضریب تخلیه ونتوری، اورفیس و مندرج نمودن رتامتر و همچنین کاربرد معادله انرژی (معادله برنوی) در جریان یکنواخت می باشد. افت انرژی مربوط به هریک از قسمتها تعیین شده و با یکدیگر مقایسته می شوند. علاوه بر اندازه گیری شدت جریان توسط وسایل فوق، میزان تخلیه میز هیدرولیکی اندازه گیری می گردد و با هم مقایسته می گردند. تغییرات ضریب افت انرژی برحسب شدت جریان مختلف محاسبه و با یکدیگرمقایسه می گردند.

دستگاه مورد استفاده در این آزمایش از سه قسمت ونتوری، اوریفس و رتامتر تشکیل شده است که با هریک از قسمتها می توان به تنهایی شدت جریان را اندازه گیری نمود.

اصول نظری: دانیل برنولی با بکاربردن اصل بقای انرژی در حرکت سیالات غیر قابل تراکم به معادله زیر رسید:

P1/(ρg)+VA2/(2g)+Z1= P2/(ρg)+VB2/(2g)+Z2+ΔH1-2

P/(ρg) : انرژی هیدرو استاتیکی سیال.

V2/(2g) : انرژی جنبشی سیال.

 Z: انرژی پتانسیل سیال.

P/(ρg)+V2/(2g)+Z : انرژی کلی سیال.

ΔH1-2  :افت در انرژی کلی بین مقاطع 1و2.

با توجه به معادله برنولی برای هریک از وسایل ونتوری، اویفس و رتامتر رابطه ای خاص می توان بدست آورد.

ونتوری : که از اتصال دو مخروط ناقص که  توسط لوله های استوانه ای به سایر قسمتهای دستگاه متصل شده اند و قطر لوله ورودی و خروجی ونتوری در این آزمایش 26 میلیمتر و قطر آن در گلوگاه 16 میلیمتر می باشد. و سه فشارسنج یکی در بخش ورودی, (A) یکی در محل خروجی (C)و دیگری در گلوگاه دستگاه (B) تعبیه شده اند.

با توجه به اینکه افت انرژی ΔH1-2 دردو انتهای ونتوری ناچیز است می توان از آن صرفنظر کرد. لذا کاربرد معادله 1برنولی بین انشعاب A و B بصورت زیر نتیجه می دهد:

P1/(ρg)+VA2/(2g) = P2/(ρg)+VB2/(2g)

 A: سطح مقطع

V : سرعت متوسط.

و چون طبق رابطه پیوستگی داریم:

ρVAAA=ρVBAB    mA=mB    è

باحذف VA در معادله برنولی خواهیم داشت:

VB=[2g/[1-(AB/AA)2](PA/ρg- PB/ρg]1/2

لذا میزان تخلیه خواهد بود:

Q=ABVB=AB[2g/[1-(AB/AA)2](PA/ρg- PB/ρg]1/2

1-(AB/AA)

2g (hA-hB)

که در آن PA/ρg و PB/ρg به تر تیب ارتفاع آب در لوله های فشار سنج دستگاه می باشد. حال در یک وضعیت اختیاری با قرائت مانومترهای A و Bو به کمک رابطه قبل میزان شدت جریان آب را بدست می آوریم. و سپس آن را با میزان اندازه گیری شده توسط تانک توزین در میز هیدرولیکی مقایسته می کنیم. چون رابطه قبل یک رابطه نظری است و میزان واقعی شدت جریان از میزان تئوری کمتر است می توانیم با افزودن ضریب تخلیه آن را اصلاح کنیم.

انبساط مخروطی : این وسیله در امتداد ونتوری متر قرار داشته و بخش ابتدایی آن به صورت قطر خروجی ونتوری و بخش دوم آن که به اوریفیس متصل می باشد به قطر 51 میلیمتر می باشد. دو فشارسنج C وD به ترتیب به ابتدا و انتهای آن متصل می باشند.

اوریفس : این وسیله که در امتداد انبساط مخروط انبساط و هم قطر با خروجی آن نصب شده است  شامل یک صفحه مدور می باشدکه سوراخی به قطر 20 میلیمتر در مرکز آن تعبیه شده است. این وسیله به سبب شکل مشخصات هندسی معرفی شده در آن موجب ایجاد حرکت گردابی در جریان شده که به همین سبب افت فشار زیادی را موجب می شود. فشارسنج هایE  وF نیز در ابتدا و انتهای اوریفیس نصب شده اند.

با توجه به معادله برنولی بین نقاط E  و F  خواهیم دید که مقدار ΔH بسیار زیاد است و می توان دید که اثر افت انرژی اوریفس باعث ایجاد اختلاف در مانومتر خواهد بود که با اختلاف ارتفاع در حالت بدون اوریفس فرق دارد.

VF2/2g-VE2/g=(PE/ρg- PF/ρg)- ΔHE-F

چون افت انرژی ΔHE-F خود در اختلاف ارتفاع (PE/ρg- PF/ρg) موثر است، لذا می توان تغییرات انرژی در معادله فوق را بصورت زیر بیان نمود.

VF2/2g-VE2/g=K2(PE/ρg- PF/ρg)

که در آن K ضریب تخلیه تخلیه است و برای این دستگاه 601/0 می باشد.

برای اندازه گیری شدت جریان توسط اوریفس از فرمول زیر استفاده می شود.

  ½Q=AFVF=KAF[2g/(1-(AF/AE)2)x(PE/ρg- PF/ρg)]

که در دستگاه فوق قطر E برابر با 5 میلی متر و قطر F برابر با 20 میلی متر است حال می توانیم تنها با اندازه گیری اختلاف ارتفاع مانومتر ها شدت جریان Q را اندازه گرفت یعنی :

Q= Const. X (hE-hF)½

زانویی قایم : برای اتصال اوریفیس به آخرین قسمت اصلی آن یعنی رتامتر که به صورت قایم قرار دارد از زانویی 90 درجه استفاده می نماییم که قطر ورودی آن 51 میلیمتر و قطر خروجی آن 21 میلیمتر می باشد و فشار سنج های G و H نیز به ترتیب در ورودی و خروجی زانویی تعبیه شده اند.

رتا متر : این بخش دستگاه از یک لوله شیشه ای استوانه ای عمودی با قطر متغیر تشکیل شده که درون آن وزنه ای فلزی به عنوان شاخص شناور می باشد. در رتامتر افت فشار تقریباً ثابت بوده و به شدت جریان وابسته نیست و می توان آن را به میزان ثابت و مشخصی درنظر گرفت. دو فشارسنج H و I نیز در دو سمت رتامتر قرار داده شده اند.

با فرض کردن یک حجم کنترل در رتامتر و نوشتن قانون برنولی برای آن و مساوی فرض کردن سطح مقطع اول و دوم در آن خواهیم داشت

(PE/ρg- PF/ρg)=H+hH

حال اگر وزن مخروط شناور را WF و وزن آب داخل حجم کنترل را WW در نظر بگیریم  و با نوشتن رابطه تعادل خواهیم داشت:

P2A2+WF+WW-P1A2=0

که با حذف P1 و P2 بین معادلات خواهیم داشت:

WF+WW

rgA1

hH=                     - H

چون تمام پارامترهای سمت راست ثابت هستند لذا افت انرژی هیچ ربطی به طول ℓ ندارد.
و چون افت انرژی به سرعت آب در اطراف شناور بستگی دارد و افت انرژی ثابت است پس شدت جریان در محیط قاعده مخروط شناور باید ثابت باشد.

Q=( pDfqV) ℓ

Q=AF.V

AF=pDfd

d=ℓ*q

پس شدت جریان در رتامتر نسبت مستقیم با ارتفاع مخروط شناور دارد. لذا برای هر رتامتری یک نمودار تقریباً خطی به عنوان مشخصه درجه بندی ترسیم می شود. که به کمک آن می توان شدت جریان را تعیین نمود.

افت انرژی در هر قسمت را می توان مضربی از انرژی ورودی بیان کرد hL=KV12/2g  که در آن V1 سرعت ورودی و K ضریب افت دستگاه است.

شرح آزمایش : 

پس از روشن نمودن پمپ دستگاه میز هیدرولیکی ابتدا شیر ورودی جریان آب و شیر کنترل رتامتر را کاملاً باز می کنیم تا یک دبی ثابتی به دستگاه وارد شود و مشاهده می شود که آب در رتامتر و بخش های مختلف دستگاه جریان یافته و در لوله های اندازه گیری فشار نیز سطح آب بالا آمده و نوسان می کند. این نوسان اولیه با گذشت مدت زمان کمی کاهش یافته و سطح آب در فشارسنج ها به صورت تقریباً ثابتی باقی می ماند که می توان در این وضعیت ادعا کرد که جریان یکنواختی در دستگاه برقرار شده است. حال به آرامی شدت جریان را طوری تنظیم می کنیم که وزنه درون رتامتر که شاخص به حساب می آید برروی عدد مورد نظر در شروع آزمایش قرار گیرد که در اولین برداشت این عدد معادل 19 بود. حال میز هیدرولیکی را در حالتی قرار می دهیم که آب به صورت دایمی تخلیه گردد.با یکنواخت شدن جریان و در حالی که شاخص رتامتر روی  اولین عدد قرار دارد ,  مانومترهای موجودبر روی دستگاه را به ترتیب از A تا I قرائت می کنیم و سپس آب را کاملاً تخلیه کرده و دبی را اندازه گیری می نماییم .

جدول داده ها :

Time {sec)	Water weight (KG)	Rotameter (cm)	Manometric Levels (mm)									Test No
			I	H	G	F	E	D	C	B	A
31.02	12	19	25	137	184	148	348	340	333	184	367	1
34.90	12	17	53	162	200	170	338	330	323	195	347	2
40.27	12	15	83	190	218	195	322	315	310	213	331	3
46.86	12	13	105	208	230	213	310	304	300	228	316	4
52.59	12	11	120	225	240	225	300	297	294	235	307	5
1.05.81	12	9	135	248	250	240	290	290	285	245	295	6
1.17.51	12	7	148	248	256	250	285	284	280	253	288	7
1.36.53	12	5	155	256	261	258	280	280	275	260	280	8
2.12.07	12	3	163	265	268	265	276	276	276	265	296	9

									Test No
Elbow (17)	Diffusser	Rotameter (15)	Orifice (14)	Venturi (13)	Tank Weight	Rotameter (12)	Orifice (11)	Venturi (8)
24.73	1.16	3.61	105.3	1.096	0.00039	0.00046	0.00064	0.00048	1
25.33	1.22	4.36	112	0.96	0.00034	0.00043	0.00059	0.00044	2
23.33	1.20	5.63	105.8	1.11	0.0003	0.00037	0.00051	0.00039	3
24.44	1.22	7.36	107.8	1.14	0.00026	0.00037	0.00045	0.00033	4
22.67	1.19	8.58	100	1.08	0.00023	0.0003	0.00039	0.0003	5
4	1.56	14.12	100	1.25	0.00018	0.00026	0.00032	0.00025	6
21.62	1.60	16.67	112.9	1.33	0.00015	0.00022	0.00027	0.00021	7
27.78	2.60	33.67	122.2	1.67	0.00012	0.00018	0.00031	0.00017	8
100	0.937	204	366.7		0.00009	0.00015	0.00015	0.00016	9

ونتوری :

K				C			Test No
1.096	0.031	0.034	0.183	0.81	0.00048	0.00039	1
0.96	0.025	0.024	0.152	0.77	0.00044	0.00034	2
1.11	0.019	0.021	0.118	0.77	0.00039	0.0003	3
1.14	0.014	0.016	0.088	0.79	0.00033	0.00026	4
1.08	0.012	0.013	0.072	0.77	0.0003	0.00023	5
1.25	0.008	0.01	0.05	0.72	0.00025	0.00018	6
1.33	0.006	0.008	0.035	0.71	0.00021	0.00015	7
1.67	0.003	0.005	0.02	0.71	0.00017	0.00012	8
	0.0005	0.002	0.0031	0.56	0.00016	0.00009	9

اوریفیس :

K		C				Test No
105.3	0.0019	0.61	0.2	0.00064	0.00039	1
112	0.0015	0.58	0.168	0.00059	0.00034	2
105.8	0.0012	0.59	0.127	0.00051	0.0003	3
107.8	0.0009	0.58	0.097	0.00045	0.00026	4
100	0.00075	0.60	0.075	0.00039	0.00023	5
100	0.0005	0.50	0.05	0.00032	0.00018	6
112.9	0.00037	0.55	0.035	0.00027	0.00015	7
122.2	0.00018	0.57	0.022	0.00031	0.00012	8
366.7	0.00003	0.60	0.011	0.00015	0.00009	9

روتامتر :

Test No					K
1	0.00039	0.00046	0.112	0.031	3.61
2	0.00034	0.00043	0.109	0.025	4.36
3	0.0003	0.00037	0.107	0.019	5.63
4	0.00026	0.00037	0.103	0.014	7.36
5	0.00023	0.0003	0.103	0.012	8.58
6	0.00018	0.00026	0.113	0.008	14.12
7	0.00015	0.00022	0.1	0.006	16.67
8	0.00012	0.00022	0.101	0.003	33.67
9	0.00009	0.00015	0.102	0.0005	204

افت انرژی در زانوئی 90 درجه :

K			X (m)	Test No
24.73	0.0019		0.047	1
25.33	0.0015		0.038	2
23.33	0.0012		0.028	3
24.44	0.0009		0.022	4
22.67	0.00075		0.017	5
4	0.0005		0.002	6
21.62	0.00037		0.008	7
27.78	0.00018		0.005	8
100	0.00003		0.003	9

افت انرژی در انبساط مخروطی :

K			X (m)	Test No
1.16	0.031	0.036	0.007	1
1.22	0.025	0.030	0.007	2
1.20	0.019	0.022	0.005	3
1.22	0.014	0.017	0.004	4
1.19	0.012	0.014	0.003	5
1.56	0.008	0.012	0.005	6
1.60	0.006	0.010	0.004	7
2.60	0.003	0.008	0.005	8
0.937	0.0005	0.0004	0	9

 

محاسبه درصد بهبود فشار :

 = درصد بهبود فشار در دهانه مدور R

R %
82 %	0.00039
82.1 %	0.00034
81.9 %	0.0003
82.4 %	0.00026
80 %	0.00023
80 %	0.00018
82.9 %	0.00015
86.4 %	0.00012
72.7 %	0.00009

بارهای وارد به ساختمان

بارگذاری:

بارهای وارد به ساختمان به دو بخش بارهای ثقلی و بارهای جانبی تشریح میشود.

بارهای ثقلی:

شامل بارهای مرده وزنده میباشند.مقدار بار مرده براساس جزییات اجرایی سقف ها ودیوار ها و مقدار بارزهای زنده براساس کاربری قسشمت های مختلف ساختمان تعیین می گردد.

.طبق بند 6-2-2-2مبحث ششم مقررات ملی ساختمان در صورتی که وزن یک متر مربع تیغه های داخلی از275کیلوگرم بر متر مربع کمتر باشد میتوان بار  ها را به صورت معادل یکنواخت به بار مرده سقف اضافه کرد

 محاسبه وزن یک متر مربع دیوارهای داخلی به صورت زیر می‌باشد:

وزن یک متر مربع دیوار داخلی به صورت دیوار یک لایه 15 سانتی متری اجر سفال 220کیلو گرم بر متر مربع در نظر گرفته شده است.

سربارمعادل تیغه بندی =w×l×h/a<100

وزن هر متر مربع تیغه ها در طبقه w

طول کل تیغه ها درطبقهl

سطح کل طبقهa

در ساختمان موجود به طور متوسط طول کل تیغه ها را85متر در نظر گرفتیم.

بارمعادل گسترده نظیرتیغه درپارکینگ:100<52.12=439/2.6×40×220

بارمعادل گسترده نظیرتیغه درهمکف=100<87.69=439/3.5×50×220

بارمعادل گسترده نظیرتیغه طبقه1=100<155=439/3.1×100×220

محاسبه ی وزن سقف:

 وزن یک متر مربع سقف ازنوع تیرچه فلزی بابلو کهای یونولیتی درطبقات 400کیلوگرم برمتر مربع ودر بام 500کیلوگرم برمتر مربع می باشد.

محاسبه ی وزن پله:

جزییات اجرایی دیوار جانبی طبقات:

وزن یک متر مربع دیور خارجی سمت نما به صورت دو جداره با اجر سفال ویک لایه یونولیت دروسط325کیلو گرم بر مترمربع می باشد.

جزییات اجرایی دیوار جان پناه:

	نام بار				وزن واحد حجم به واحد کیلوگرم بر متر مکعب				ضخامت به سانتیمتر		وزن واحد سطح به واحد کیلوگرم بر متر مربع
	ملات ماسه سیمان				2100				6		126
	آجر کاری با آجر فشاری				1850				10		185
	نازک کاری با سنگ تراورتن				2400				2		48
	مجموع								360

ساختمان در هر چهار طرف دارای نما است ودر دیوارها بازشو وجوددارد.مقداربار دیورهای با احتساب 30درصد بازشو و ارتفاع دیوار ها به صورت زیر محاسبه می شود:

وزن دیوارهای اطراف پارکینگ:

637=2.8×(0.3-1)×325

وزن دیوارهای اطراف همکف:

795=(0.3-1)×3.5×325

وزن دیوارهای اطراف طبقه اول:

=(0.3-1)×3×325682

معمولا ارتفاع دیوار جان پناه 80 سانتیمتر در نظر گرفته می شود 10 کیلو گرم بر متر جهت وزن ور گالوانیزه و نبشی کشی موجود در دیوار به ان اضافه می شود:

360x0.8+10=300

بار زنده:

بار زنده عبارت است از بارهای غیر دائمی که در حین بهره‌برداری و استفاده از ساختمان به آن وارد می‌شود. بارهای زنده با توجه به نوع کابری ساختمان و یا هر بخش آن و مقدار باری که در طول عمر ساختمان به آن وارد می‌شود محاسبه و تعیین می‌شود. جدول زیر حداقل مقدار بار زنده گسترده روی کف‌ها را بر اساس نوع کاربری آن نشان می‌دهد. حداقل بار زنده بام برابر حداکثر بار برف و نوع کاربری آن تعیین می‌شود.

بار زنده kg/m²
150	بام
250	اداری
350	راه پله

محا سبه ی وزن راه پله:

در این پروژه راه پله به صورت سه رامپه  است که بارهای ان به تیر های اطراف راه پله پخش می گردد. بار مرده حدود 700کیلو گرم و بار زنده 350 کیلو گرم بر متر مربع می باشد.

WD=700X5.77/2=2016

WL=350X5.77/2=1010

PL=350X5.77X4.55/4=4590

PD=700X5.77X4.55/4=2300

باربرف:

Pr=Cs.Ps

Cs=1

Pr=1*150=150 kg/m²

Ps:150kg/m²-(منطقه 4 با برف زیاد)

چون مساوی با بار زنده است یکی را در نظر می گیریم.

بارگذاری زلزله براساس آیین نامه 2800 –ویرایش سوم

نیروی جانبی زلزله موثر بر سازه ساختمان را می توان با استفاده از " تحلیل استاتیکی معادل " و یا روش های  " تحلیل دینامیکی " محاسبه کرد.

روش تحلیل استاتیکی معادل را تنها در موارد زیر می توان به کار برد :

-    ساختمان های منظم با ارتفاع کمتر از50 متر از تراز پایه

-    ساختمان های نا منظم تا 5 طبقه و یا با ارتفاع کمتر از 18 متر از تراز پایه

-    ساختمان هایی که در آن ها سختی جانبی قسمت فوقانی به طور قابل ملاحظه ای کمتر از سختی جانبی قسمت تحتانی است.

-          که این پروژه مشمول شرایط روش تحلیل استاتیکی می باشد.در نتیجه از این روش نیروی جانبی زلزله را به دست می آوریم .

-          Wi ih ∑/Wihi* (ft-V)=Fi

-          WC=V

-          R / (IBA) = C

A=0.2 I=1      RX=7     RY=7  

T0=0.15    TS=1     S=2.25  

BX=3.25   BY=3.25

با توجه به اینکه وزن خرپشته از0.25بام کمتر است از خرپشته صرف نظر میگردد.

H=3.3+4+3.5=10.8 ارتفاع ساختمان--------------------------

TX=0.05X(10.8)^3/4=0.298<0.7----------FTX=0

TY=0.08X(10.8)^3/4=0.31<0.7------------------------FTY=0

CX=0.2X3.25X1/7=0.0928---------------------------------------------

CY=0.3X3.25X1/7=0.0928---------------------------------------------

آشنایی با تعاریف مقدماتی در طراحی سازه ها

- 1مقاومت طراحی یک مقطع از یک قطعه سازه ای با تقسیم مقاومت مشخصه بر ضرایب ایمنی جزئی برای مقاومت ها محاسبه می شود.
2- عاملهای موثر بر سازه ساختمان ها که باید در طراحی در نظر گرفته شوند شامل بارهای مرده و زنده، بار باد و نیروی ناشی از زلزله و برخی عاملهای دیگر می باشد.
3- منظور از یتن رده c50 بتنی با 50 مگا پاسکال مقاومت مشخصه است.
. - 1مقاومت طراحی یک مقطع از یک قطعه سازه ای با تقسیم مقاومت مشخصه بر ضرایب ایمنی جزئی برای مقاومت ها محاسبه می شود. 2- عاملهای موثر بر سازه ساختمان ها که باید در طراحی در نظر گرفته شوند شامل بارهای مرده و زنده، بار باد و نیروی ناشی از زلزله و برخی عاملهای دیگر می باشد. 3- منظور از یتن رده c50 بتنی با 50 مگا پاسکال مقاومت مشخصه است. 4- اگر قرار باشد برای یک تیر ساده تحت بار گسترده یکنواخت یک درز اجرایی ( سطح واریز ) پیش بینی شود باید این درز در ثلث وسط طول تیر قرار گیرد.
5- تعیین نسبت اختلاط بر اساس تجربه و بدون مطالعه آزمایشگاهی برای رده بتن 12 و پایین تر قابل اجراست.
6- حداکثر دمای بتن ریزی در هوای گرم برای بتن 30 درجه سانتیگراد می باشد.
7- شرایط محیطی ضعیف برای بتن ریزی یعنی محیط خشک با رطوبت کمتر از 50% و حافضت نشده.
8- برای مقابله با سولفات ها ، سیمان سرباره ای و سیمان نوع 5 توصیه می گردد.
9- در مناطق ساحلی به منظور افزایش پایایی بتن حداقل مقدار سیمان 360 کیلوگرم در متر مکعب و حداکثر نسبت آب به سیمان برای بتن در معرض محیط 4/0 می باشد. - 10ضرائب ترکیب بارها برای ملحوظ نمودن احتمال کمتر همزمانی تعداد بیشتری از عاملها در نظر گرفته می شود.
11- منظور از ظرائب باربری یک قطعه بتن آرمه ، مقاومت محاسبه شده قطعه بر مبنای ابعاد مقاطع آن و مقاومت های محاسباتی است.

- 12آزمایش خم کردن و باز کردن خم برای میلگردهای سرد اصلاح شده الزامی می باشد.
 - 13قالب برداری و برچیدن پایه های زیر طره ها از انتهای آزاد صورت می گیرد.
 -14مقاومت فشاری متوسط لازم در طرح اختلاط بتن با اعمال ظرایبی از انحراف معیار و مقادیر ثابتی بر مقاومت مشخصه بدست می آید. - 15در خصوص مقابله با املاح کلر ، سیمان نوع 2 در مقابل محیط هایی با املاح سولفات و کلر بهتر از انواع دیگر سیمان پرتلند عمل می کند.
 -16برای کنتر دمای بتن در بتن ریزی در هوای گرم حداکثر دمای سیمان 70 درجه سانتیگراد و حداکثر دمای بتن هنگام ریختن 30 درجه سانتیگراد توصیه می گردد.
 -17سیمانی که در آن فشردگی انبار پدید آمده است می توان پس از پودر کردن کلوخها آن را مصرف نمود.
 -18تواتر نمونه برداری از بتن باید حداقل یک نمونه بتن از هر رده بتن در روز و حداقل 6 نمونه از کل سازه باشد.
 - 19در صورتی ، روش عمل آوردن و مراقبت رضایت بخش تلقی می شود که مقاومت فشاری نمونه های کارگاهی در هر سنی ، حداقل 85% مقاومت نظیر نمونه های عمل آمده در آزمایشگاه باشد.
 -20از هر رده بتن در هر روز کار ، حداقل برداشت یک نمونه الزامیست.
 -21مناسبترین جا برای سطوح واریز بتن جایی است که تلاشها بویژه نیروی برشی کمترین مقدار را داشته باشند.
 -22منظور از عمل آوردن بتن یعنی مرطوب نگهداشتن بتن به مدت کافی ، جلوگیری از اثر سوء عوامل خارجی و بسته به مورد ، تسریح گرفتن و سخت شدن به کمک حرارت.
 -23برچیدن پایه های اطمینان زمانی مجاز است که مقاومت بتن به مقاومت 28 روزه مورد نظر رسیده باشد.
 -24نمونه های آگاهی به منظور اطلاع از کیفیت بتن در موعدهای خاص تهیه می گردند.
 -25در ساخت بتن برای پی های حجیم بهتر است لز سیمان تراس و یا سیمان نوع 2 استفاده نمود.
 -26پیش تنیدگی را می توان ذخیره نمودن تنشهای فشاری در بتن قیل از بارگذاری نهایی نامید.
 -27ماکزیمم تولید برش در وسط دیوار حاصل می گردد.
 -28نقشه هایی که برای قسمت های خاص و حساس سازه با استفاده از نقشه های اجرایی تهیه می شوند را نقشه های کارگاهی می نامند.
 -29در بتن هایی که در معرض آب زیرزمینی قرار دارند اصلا نباید از سیمان پرتلند تیپ 5 استفاده نمود.
 -30مهندس ناظر می تواند برای حصول اطمینان از کیفیت مصالح مصرفی ، انجام هر آزمایشی را درخواست نماید.
 -31وقتی که بارهای سرویس به یک تیر بتن آرمه وارد می شوند ، لنگر حداکثر ایجاد شده در تیر بیشتر از لنگر ترک دهندگی بتن تیر است.
 -32 از میلگردهای فولادی از هر 50 تن و کسر آن از هر قطر و هر نوع فولاد حداقل 3 نمونه باید نمونه گیری کرد.
 -33آبهای حاوی سولفاتها و کلریدها ، نظیر آب دریا و برخی چاه ها ، با این شرط که یون سولفات از 1000 و یون کلرید از 500 مشخص ، ستون طراحی می گردد.
 -34طراحی ستونهای بتنی تحت خمش دو محوری معمولا با تبدیل دو ممان در دو جهت و یک ممان و با خروج از مرکزیت مشخص ، ستون طراحی می گردد.
 -35مقدار کل سولفات در مخلوط بتن نباید از 5 % وزن سیمان بر حسب SO3 تجاوز نکند.
 -36منظور از مقاومت مشخصه فولاد مقداری است که حداکثر 5% مقادیر نمونه های اندازه گیری شده برای تسلیم ، کمتر از آن باشد.
 -37 تغییر شکل زیاد ، ترک خوردگی بیش از حد و لرزش یک سازه بتن آرمه نشان دهنده یک حالت حدی بهره برداری است.
 -38در حالت حدی بهره برداری بارها ، سربارها و سایر عوامل مشخصه ( بدون ضریب ) و در حالت حدی نهایی ، بارها و سایر عاملهای محاسباتی ( ضریب دار) ملاک عمل قرار می گیرند.
 -39اگر پس از مصرف بتن در بنا ، آزمایش آزمونه های عمل آمده در آزمایشگاه حاکی از عدم تنطباق بتن بر رده مورد نظر باشد ، باید بر اساس آئین نامه بتن ایران تدابیری برای حصول اطمینان از ظرفیت باربری سازه اتخاذ نمود.
 -40برای تیرها با دهانه بیش از 5 متر پایه های اطمینان الزامی است.
 -41سیمان آهنی یا فروسیمان مصالحی متشکل از ملات سیمان و شبکه های فولادی و یا قطعات ریز فولادی می باشد . - 42 مقدار حداقل میلگردهای اصلی ( طولی) در ستون های بتن آرمه برابر یک درصد سطح مقطع ستون است .
 - 43در سیستم های دال دو طرفه بتنی ، با کاهش سختی خمشی ستون ها ، ممان مثبت افزایش و ممان منفی کاهش می یابد.
 - 44افزایش مقاومت فشاری بتن در یک تیر بتن آرمه باعث افزایش تغییر شکل تیر در هنگام گسیختگی می شود.
 - 45خیز بلند مدت یک تیر بتن آرمه 2 تا 3 برابر خیز اولیه آن است .
 -46مقاطع بتن آرمه را باید طوری طراحی نمود که گسیختگی خمشی قبل از گسیختگی برشی اتفاق بیفتد.
 -47برای تامین پیوستگی بیشتر در محل سطوح واریز ( درزهای اجرایی‌ ) علاوه بر آماده کردن سطح بتن قبلی سطح واریز را با قشری از ملات سیمان و ماسه نرم به ضخامت 2 تا 3 میلیمتر پوشانده و در بتنی که بلافاصله در کنار آن ریخته میشود میزان سنگدانه درشت را کم کرد .
 -48در مناطق مرطوب می توان حداکثر 12 پاکت سیمان به شرط ارتفاع کل کمتر از 8/1 متر نباشد روی هم قرار داد.
 -49در بتن ریزی در مناطق گرم جهت جلوگیری از تبخیر بالا باید از وزش باد بر بتن جلوگیری به عمل آورد ، برای کاهش دمای بتن از قطعات خرد شده یخ نیز می توان استفاده نمود و محیط بتن ریزی را حتی الامکان خنک کرد.
 -50برای افزایش مقاومت در برابر زلزله در تیرهای قابهای بتن آرمه حداکثر فاصله مجاز خاموت های تیر در محل تکیه گاه کمتر از قسمت های دیگر تیر است.
 -51در مورد خاموت های ستونهای قابهای بتن آرمه مقاوم در برابر زلزله لازم است که فاصله خاموت ها در نزدیکی اتصال به تیر کمتر از سایر قسمت های آن باشد. 52 – درصورت نیاز به وصله آرماتورهای اصلی ستون برای مقاومت بهتر در مقابل زلزله بهتر است که محل وصله ها در نیمه میانی ستون باشد. 53- - دیوار برشی مضاعف از نظر مقاومت در برابر زلزله : الف) بعلت قابلیت جذب انرژی در تیرهای اتصال و گسیخته شدن این تیرها ( بجای خود دیوار) برای مقابله با زلزله بهتر از دیوارهای تکی عمل می کنند. ب) با تعبیه شبکه های میلگرد ضربدری در محل تیرهای اتصال راندمان آن ها بیشتر می شود.
 -54اعضای مرزی در دیوار برشی قسمت های انتهای دیوار که با مقطع افزایش یافته بوده و سلح به میلگردهای طولی محصور در خاموت می باشند ، برای کل نیروی محوری وارده به دیوار و زوج نیروهای محوری فشاری و کششی ناشی از کل لنگر وارده بر دیوار باید طراحی گردند.
 -55پارامتر نسبت آب به سیمان مهمترین علمل در مقاومت فشاری بتن است.
 -56هدف از استفاده بتن مگر (نظافت) هموار نمودن سطح زیر بتن اصلی ، جلوگیری از جذب آب و سیمان مخلوط بتن و جلوگیری از آسیب رساندن مواد زیان آور خاک به میلگردها است.
 -57مناسبترین روش نصب سنگ پلاک بدنه های ساختمان بصورت خشک با بستهای فلزی روی پشت بند متصل به سازه می باشد.
 -58اختلاف بین مقاطع فشرده و غیر فشرده این است که نسبت پهنای آزاد به ضخامت در عناصر فشاری مقاطع فشرده کوچکتر از مقدار نظیر در عناصر فشرده است.
 -59در حالت حدی نهایی لغزش ضریب ایمنی جزئی برابر 85/0 روی بار مرده باید اعمال شود.
 -60در ترکیب بارها در طراحی گاه بزرگترین تلاش حاصل از ترکیب بار مرده و سربار ملاک طرح مقطع قرار می گیرد.
 -61اتصالات فلزی که نیروی محاسبه شده ای را تحمل می کنند باید تحمل 3 تن نیرو را داشته باشند.
 -62یکی از حالات کمانش جان در تیرهای لانه زنبوری ، کمانش جانبی – پیچشی جان می باشد.
 -63در وصله ستونها اگر سطح انتهایی دو قطعه کاملا صاف و تنظیم شده باشد و انتقال نیرو از طریق تماس مستقیم انجام شود ، وصله باید بتواند برابر 50 درصد مقاومت عضو متصل شونده را تحمل کند.
 -64در وصله بال تیرها مقدار جوش در هر طرف طرف مقطع باید برای تامین مقاومتی که مقدارش حداقل 5/1 برابر نیروی موجود در قطعه وصله شده است ، کافی باشد.
 -65به منظور استفاده از تیر لانه زنبوری تحت اثر بارهای متناوب تکرار شئنده و تحت اثر بارهای ناشی از زلزله برش ماشینی و برش اتوماتیک شعله ای با کیفیت مناسب مجاز است.
 -66در یک ستون با تیرآهن دوبله و قیدهای موازی ، قیدها برای نیروی برشی ستون محاسبه می شوند.
 -67برای کاهش ضخامت یک صفحه زیر ستون تعبیه سخت کننده حدفاصل ستون الزامیست.
 -68وصله ستونها بر اساس نیروی محوری محوری ستونهای دو طرف وصله وصله و نیز بر اساس درصدی از مقاومت کوچکترین مقطع ستون دو طرف وصله بایستی طراحی شوند.
 -69پدیده لهیدگی جان تیر در زیر بارهای متمرکز قسمتی از جان تیر که تحت اثر نیروی متمرکز فشاری قرار میگیرد دچار تسلیم می شود.
 -70 در صورتیکه از پیچ های معمولی و یا پیچ های پر مقاومت در حالت اتصال غیر اصطکاکی مشترک با جوش استفاده می شود ، فرض صحیح اینست که کل تنش در اتصال را جوش به تنهایی تحمل کند.
 -71در یک اتصال جوش حداکثر بعد جوش گوشه به ضخامت صفحه ای که جوش روی لبه آن انجام می گیرد بستگی دارد. -72عملیات ایجاد انحنا در یک عضو فولادی و یا از بین بردن آنها به کاربردن روشهای گرم کردن موضعی با حداکثر حرارت 650 درجه سانتی گراد.
 -73میزان پیش خیز ، میزان خیز منفی قبل از ساخت را گویند و برای تیرها و خرپاها لازم می باشد.
 -74در طراحی تیر واسط در سیستم مهاربندی واگرا ، سخت کننده های جان به منظور تامین شکل پذیری با سیلان برشی به فواصل حدود 25 برابر ضخامت جان در طول تیر واسط قرار داده می شوند و ولی از ورق مضاعف چسبنده به جان نمی توان برای تقویت جان به این منظور استفاده نمود.
 -75در سیستم های مهاربندی واگرا ، جهت افزایش شکل پذیری ، ارجح است که تیر واسط در برش مقدم بر خمش به سیلان برسد ( جاری شود).

 76- هت جذب انرژی زلزله و کاهش نیروهای وارده بر ساختمان بهتر است که اسکلت ساختمان بصورت قاب فضائی خمشی همراه بادبند در هر دو جهت ساخته شود.
 -77در قابهای صلب خمشی ، تیر و ستون در نقطه اتصال به یک اندازه دوران می کنند.
 -78در قابها با اتصال خورجینی قابها قابلیت نیروی جانبی را ندارند.
 -79قید افقی ستونهای دوبله باید 2 درصد نیروی فشاری ستون را تحمل کنند.
 -80دو ستون به هم چسبیده در مقایسه با دو ستون که با قید افقی متصل شده اند ، دو ستونی که با قید افقی متصل شده اند قابلیت تحمل نیروی فشاری بیشتری را دارند.
 -81بست مورب ستونهای دوبله بصورت فشاری طراحی می شوند.
 -82در تیرهای لانه زنبوری ورق جان برای پوشاندن سوراخ و جلوگیری از خمش و کمانش توام قسمتهای بالا و پایین سوراخ بکار می رود.
 -83 در تیرهای لانه زنبوری اگر بتن داخل سوراخها نفوذ کند ضرفیت باربری تیر افزایش می یابد . 
 -84در مورد طاق ضربی می توان گفت که در زلزله های کوچک می توان آن را دیافراگم انعطاف پذیر بحساب آورد و در زلزله های بزرگ احتمال خرابی آن می رود.
 -85در ساختمانی با ارتفاع 70 متر اتصال ستونهای فلزی بهمدیگر اتصال جوشی یا اتصال با پیچهای پر مقاومت تنیده است.
 -86در مورد قابهای صلب خمشی شکل پذیر کمانش اعضا منجر به کاهش میزان انرژی جذب شده می گردد و به خصوص تحت اثر بارهای دوره ای (سیکلیک) ناشی از زلزله ، مقاومت کمانش اعضاء ممکن است کاهش یابد. لذا باید در طراحی جلوگیری از بروز کمانش کلی یا موضعی نیز منظور شود.

شبکه شطرنجی هیپوداموس با طرحهای برنامه ریزی ترافیکی معاصر

مقدمه

با موجودیّت وسائط نقلیه چرخی، خیابان ها هیچ گونه تغییرات منحصر به فردی در جهت بزرگ کردن قلمرو پیاده ها انجام نپذیرفته است؛ برای اولین بار شکل خیابان، عریض، متقاطع با سنگ فرش و شیبدار و به مکانی مهم برای حمل و نقل وسائل نقلیّه بدل گردیدند .

لازمه معنای جدید حرکت و جنبش خیابان هایی است که بایستی تناسبی برای تأمین کردن نیازهای حالات مختلف حرکتی که عبارتند از: حرکن حیوانی، انسانی، ماشینی (چرخ دار) داشته باشند .

آخرین اضافات دربارۀ افزایش قدرت موتور به چرخهای اتومبیل نیازمند تناسب با اضطرارات تجدیدپذیر باشد، در قرن بیستم برنامه ریزان شروع به بحث و گفتگوی هدفمند در رابطه با راهی در جهت اتّصال سرعت و حجم ترافیک و جداسازی میان وسائل نقلیّه و حرکات عابرین پیادهکرده اند، در کنار این اهداف موجودیّت یکسری آمارهای وحشتناک در رابطه با عابرین پیاده و ماشین ها که شامل مرگ و میر و جراحات و هزینه های اقتصادی و اجتماعی گردیده است؛عنیت پیدا کرده است .

به خوبی گواهی و تصدیق پایین آمدن و تنزل در جهت تناسب میان محیط اجتماعی از طریق حجم ترافیک قابل رسیدگی است.

این تحقیق در جهت جداسازی پتانسیل هایی برای اختلاط شبکه شطرنجی هیپوداموس با طرحهای برنامه ریزی ترافیکی معاصراخیر به منظور خلق توسعه که متناسبات میان احتیاجات مراقبت و حفاظت عابرین پیاده که به عنوان یک حمایت جهانی توسط برنامه ریزان اعلان گردیده است. مورد استفاده قرار گرفته است .

فضاهای عمرانی شهری تحسین کننده و تکرار شونده در جهان ،گواه و شاهد به مرتبه ای به منظور امنیّت بیشتر و عشرت آمیز تر کردن گزینه می توانند عینیت پیدا کنند ؛  این فضاها خیابان ها و میدان ها که نسبت به ماشین ها و ناحیه ها و جاهای پر تراکم، مانند : دادگاهها، گالریها، پیاده روهای جدا از هم و شبکه های خیابانی زیرزمینی خارج از دسترس می باشند را می توان در زمره فضاهای عمرانی شهری قرار داد .(Rudofski 1969 )

 ضامن آزادی ماشین در روزها در شهرهای گذرا تسخیر کردن لذّت عدم اختلاط دوچرخه و مسیر پیاده محور در خیابان ها می باشد.

طرحواره های برنامه ریزی به طور معمول تلاش می کنند در جهت کاهش و جداسازی ترافیک که از قبل همه به جلو انداخته شده اند نایل آیند ؛ هدف آخرین یک طرح است که متوجّه کوچه های بن بست باشد که اتصال جسته بودند به منظر شهری به عنوان ستون فقرات شهری که شامل مسیرهای پیاده محور هم می باشند. Childs .2004 .p171))

لوکوربوزیه با بالا بردن مسیرهای ترافیک وسائط نقلیه و ساختمانها بروی پایه هایی به منظور جلوگیری برای ایجاد مزاحمت برای عابرین می باشد.

کلرنس اشتاین هم از آنوین پیروی کرد، جداسازی مسیرهای پیاده از جادّه ها و خیابان ها

داکسی آدیز تأیید کرد نظراشتاین را در مقیاس متروپلسی (اسلام آباد) به همراه 2 کیلومتر مسیرهای آزاد راهی شطرنجی.

الکساندر الگویی پیشنهاد کرد به منظور کاهش و جداسازی وسایل نقلیّه از عابرین پیاده پیشنهاد کرد و بوکانان استفاده از جداساز به علاوه مسیر پیاده محوری به طول 15 کیلومتر را متذکر شد .نظر آنوین و اشتاین بدل گردید به یک شبه مؤسسه ای در آمریکا در میان راهنمایی دولت عظیم فدرال و ادامه وترویج دادن در جهت  پذیر و جذب آنان آیکن های آنان و نمونه ای از خیابان، بن بست که بسیار مورد پرستش قرار گرفته و بسیارهم مورد انتقاد واقع شدند.

برخی از برنامه ریزان فرضیه رایج یا ثابت شده قبول طرح بندی شطرنجی هیپوداموس را  قبول کرده و تنظیم کنندگی آن در جهت عدم تناسب میان وسائط نقلیه موتوری و عابرین پیاده  .

این تحقیق پیشنهاد می کند که بازنگری در رابطه با نظریه هیپوداموس در یک پیش زمینه قدیمی موجودیّت پیدا کند، عملکرد بعدی آن  حمل و نقل به خوبی مورد تجدید حیات قرار گیرد  که امکان دارد قوّت بخش مسیری در آینده باشد که یک تغییر شکل را در جهت  تردد در مسیر خط بازده (پیاده) بدون مصالحه و سازش با ترافیک وسائط نقلیّهتقویت نماید ؛

تحقیقی برای تناسب :

ادبیات نظریات عمومی پیش بینی می کند که رویکرد طراحی و برنامه ریزی در رابطه شبکه معابر نواحی عمومی حومه های شهری دارای مشکلات عمومی مانند کمبود ارتباط، گیج کنندگی و خطرناکی می باشند، این صحیح است که طراحی پیروی اساسی ازمهندسی ترافیک و تمرکز دارند و همچنین بروی حرکات وسائط نقلیه و تبعات فیزیکی که متوجه مسافرتهای عابرین پیاده می شد.

از یک دورنمای تاریخی این عدم ملاحظه برای عابرین پیاده می باشد که نیاز به تغییر کلی در به وجود آوردن می باشد. دگرگونی عموماً وقتی اتفاق می افتد که به یکسری آستانه های حیاتی برسیم ازجمله در این نمونه : سرعت، قدرت حمل و نقل برای حرکت و قدم زدن نیازمند یکسری الزامات جدید برای شهرها می باشند، قدرت موتور بالا رفت سرعت حرکت و مسافرت ده برابر شد و سرعت به عبارتی با شرایط موجود ناکارآمد بود در (مسافرتهای داخل شهری)

مالکیت شخصی اتومبیل افزایش یافت و زیاد شد (در داخل ایالات متحده) بوسیله بالا رفتن توانایی دریافت گواهینامه رانندگی ، یک عملکردی که باعث شد آمار تعداد وسایل نقلیه به تعداد زیادی در داخل جادّه ها و مسیرها مشکل ساز بشوند. این آستانه های جدید، سرعت و مالکیت شخصی که اشباع گردیده شاید همچنان وابسته به یک مسئولیت جدید بود.

اولین مدل برای تناسب میان حالات حمل و نقل:

توضیح اینکه چرا جایگزین شد شبکه شطرنجی به جای ساختارهای قدیمی شهر نیازمند تجزیه و تحلیل عمیق تر و برتر تاریخی می باشد تا از طریق این کاغذ جزئی اگر چه پایه گمانه زنی ها این بود که حمل و نقل همیشه به معنی بازی کردن یک نقش در لایه های طرح یک شهر بوده است، (به عنوان یک ساختار کلی تا یک هنر هدایت کننده)، این تحقیق اکتشافی در جهت زمینه غیر استدلال گرایانه بی ادعا نسبت به اعتبار تاریخ می باشد.

مستقیماً شواهد و گواه قوی حدس زدن در رابطه با اینکه شبکه شطرنجی منطبق شده بوسیله هیپوداموس، که مقدمه ای بوده است جهت آماده کردن بستر حرکت کالسکه و انسان حمایت می کنند ، این محتملاً یک نمونه ای مطرح کرد برای موجودیّت پیدا کردن ارّابه و کالسکه های مشترک و شراکتی در شهر ها:

1- استفاده شده برای هزاران نفر که دارای سود زیاد و ارزشمند بود و سمبل قدرت و دارایی بود.

2-  سرعتش سه برابر از حرکت عابرین پیاده بیشتر بود و سرعت در مسیر مستقیم بهتر محقق می شد.

3- توانایی این را نداشت که به راحتی بتواند مسیر را تغییر دهد بویژه در زوایای خاص و ویژه که اغلب در ساختار ارگانیک و طرح پیاده محوری شهرها پیدا می شد .

4- و پربار و زیاد شدن توسط آقازادگان و استفاده آنان برای مسافرت های شخصی، ورزش، عملکردهای شهری و جشن هایی  تولّد و یا خلق دوباره بوده است. هیپوداموس، یک آقازاده ی غیر معمول و دارنده اسب،که محتملاً تجربه ی شخصی داشت در جهت تطبیق الگوی ارگانیک با الزامات کالسکه،  اوکه از  الگوی خیابانی دفاع می کرد و همچنین از انتقادات معتبر و سکون در رابطه با بدون بحث بودن الگو در مقابل زمینه امنیّت طرح را تطبیق داد .، آریستوتل می نویسد که، بعد از دوره هیپوداموس امیدوارم که در مقایسه با الگوی طرح های ارگانیک قدیمی طرح وی راحتتر کنار بیاید نسبت به تهاجمات شهری و مطیع نماید شهر را،  با این برای ما مشخّص می گردد که شطرنجی هیپوداموس غالباً برای یک جامعه پیاده محور متصور می شد ، و آن تصدیق و تطبیق است در جهت حرکت و مسافرتها در (پیاده روی ها) مسیر های پیاده محور؛ سهواً لمس می کرد تناسبی را میان کالسکه و ارّابه، او بی دلیل اظهار هواداری خود را از این موضع که شناخته شده استاعلام می داشته است .

طرح شعاعی منصفانه تر بوده است از طرح خالصانه راست گوشه شطرنجی برای مسافرت به مرکز شهر و پیرامون، مانند این طرح اخیراً پیشنهاد شده است از طریق وایتریوس (تصویر 1) 

این خوشبینانه است که هیپوداموس، یک معمار  برنامه ریز و متفکر اجتماعی و هندسه دان تلاشش و موفقیتش در تناسب میان نیازهای حالات رایج سفر میسر در جهت انطباق با الگوی شطرنجی وی باشد ، این یک راه حل عملکرد گرایانه و مرتب که با رویکرد یونانی در برنامه ریزی شهری بوده است .(Maorris, 1994 p.54)

یک سده از مدلهای برنامه ریزی شهری یک بازبینی خلاصه :

در روزگار باستان دو مدل از روشنی و و فهم برای طرح بندی خیابانموجودیت پیدا کرده است : طرح شطرنج هیپوداموس و طرح شعاعی وایتریوس با وضوح آن و از قرار معلوم عملکرد گرایی آنان، کارکردهایی در محیط های متنوع را به جریان انداخت .محل تصویر

طرح شطرنجی و شعاعی استفاده شد به صورت همه جانبه در آمریکا و طرح شعاعی ظهور پیدا کرد، در تعدادی از شهرهای اروپایی برای تقویت شهرها (پالمانوا، ایتالیا، فیلیپیویل، بلژیک و هامینا در فنلاند) و دوباره تولّد پراکنده را در طراحی اخیر شهرها و حومه هایشان بوجود آورد (کانبرا / اتریش، شهر خورشید آتن در یونان)

در قرن 20 عمومیّت پیدا کردن تعداد زیادی از مدلهای طرحهای خیابانیرا داشته ایم، در تمام این نمونه ها ظاهر بود گواهی از ناراحتی و دغدغه برای عابرین پیاده و در بیشتر آنان تلاش بر این بود که مشکل میان عابر پیاده و حمل و نقل موتوری را حل نمایند این ناراحتی به دست آورد تجربه های را در مدلهایی که مکمل می کردند ریشه های شهری بودند و در نمونه های زیادی فقط مشارکت را به وجود آوردند . برای اینکه فرصتهای محدود قادر بودند برای ساخت شهرهای جدید و آزمایش تمام مدلهای شهری را مد نظر قرار دهند؛

همه مدلها تلاش می کردند برای حل مشکلاتی که بوجود آمده بودند از ازدیاد حجم ترافیک؛ ترافیک وسائط نقلیه کاهش میدهند و فرو نشاندن آن و سهل کردن ترافیک عابرین پیاده ، و ترافیک وسایل نقلیه باشد از تردد عابرین جدا شونده ، این تردد تشویق می کند به حرکت کردن در ادامه سلسله مراتب خیابان ها در جایی که هم پهن هستند و هم سنگ فرش شده است و فاصله میان تقاطع از طریق اندازه و مقیاس حجم و سرعت موتوری عینیّت پیدا کرده است را در بر میگیرد .

کاهش از طریق ایجاد یکسری بن بست ها وسه راهی های T شکل که ترکیب کننده حرکتهای موتوری را عملی می گردانند؛ سه راهی های T شکلی معرفی شدند در 1890 ، قبل از موجودیت یافتن وسائل نقلیه موتوری برای تردد وسائل نقلیه و رفاه بیشتر و تأثیرات بصری (C.sitte.1889 )

عمدتاً اوژن هنارد در دهه 1880 تغییرات عمده ای بوجود آورد در تقاطع ها از داخل سه راهی ها بوسیله عینیت پیدا کردن فلکه (Wolf 1969)

جدا کردن مسیر جاده حمل ونقل فقط وقتی مهم بود که تمام ترددها با همدیگر در هم کنش داشته باشند که اجازه حرکت عابر پیاده و وسائط حرکتی را فراهم آورده است .سلسله مراتب خیابان ها نیازمندی بودند برای حمل و نقل موتوری به منظور تطبیق دادن رفاه بیشتر و مقاصد دورتر و استفاده بیشتر از وسایل نقلیه موتوری،به عبارتی جبران کردن کمبودها و افزایش مسیرهای اتصالی و ارتباطی با همدیگر بوده اند .

جدول 1 چگونگی 8 مدل طرح خیابان بندی قرن 20 به تصویر می کشد و موضوع را به بحث جداسازی و سلسله مراتب ارتباط می دهند .

سود حاصله از تحقیق در رابطه با این مدلها و تمرکز بروی روش های استفاده شده به منظور حل کردن اختلاط بین پیاده و وسایل نقلیه می باشد.

این تجدید نظر و باقی ماندن سنگین در منابع دوگانه و اهداف به منظور خلق کردن طوماری است از راه حلها که می تواند مسخ کننده تحقیق به سمت و سوی کارایی مرکّب باشد .

جدول 1 وابستگی در تعامل میان عابر پیاده و وسائل نقلیه  و مشکلاتی را که شامل شده اند را در مدلهای برنامه ریزی قرن 20 نشان میدهد :

پیش درآمد سلسله مراتب تاریخی در جهت پیش روی به سمت تغییر مسیرهای مستقیم برنامه ریزی شده حمل و نقل موتوری به یک کلیّتی کاملاً ماشین در آمده است، در حالیکه این نظریات شروع کردند به نشان دادن تضاد خود با معیار (زمین سبز)، موجودیّت مراکز می کند همسایه محوری جایی که احساس تأثیرات سوء افزایش حمل و نقل عبوری را از طریق ایجاد آلودگی ها صوتی زیاد به سمت تغییر این رویکرد پیش برد؛

در سومین ربع از چهار ربع قرن 20 برخی از واحدهای همسایگی طغیان کردن بر کلیّه خاتمه دادن به ایجاد خیابان زورکی و بالاجباری که بوجود می آمدند .«Breahly and Seatle 1975, 1973» به عبارتی شاخه ای از مهندسی ترافیک به سمت مهندسی آرام سازی ترافیک موجودیّت پیدا کرد (Ewing 1999) آرامسازی ترافیک طرفداری می کند از طریق خاتمه دادن و یا به عبارتی محصور شدن از طریق انحراف مسیرف یک مسیر از خیابان ها و دیگر محاسبات به این اشاره خلق می کنند به ناچار یکسری سلسله مراتب به عنوان خیابان هایی خاموش و ایستا به مثابه خیابان ها جمع و پخش کننده و شریانی و جداسازی و تغییرات در طبقات در بین مسیرهای پیاده محور و سطوح حمل و نقل موتوری، جداسازی، یک امر غیر معقول است که مخالف درجه بندی می باشد (برگرفته شده از یک حقیقت ابتکاری در پایتخت ایالت) و اتفافی که خواهد افتاد در مسیرها و جادّه های بالایی و پایینی می افتد ایجاد تراکم زیاد در ناحیه مرکزی می باشد.

این ویژگی های کمّی تمرکز داشته اند بروی فعالیّتهای ضروری طراحی که در آینده احتیاجات برای این مشخصات کمّی بالا می گیرد.

تحقیق برای یک راه حل کامل بوسیله هاوارد شروع شد و تا امروز ادامه پیدا کرده است؛ باغ – شهر وی (1902) با رویه  شمرده – شمرده یک رشد و توسعه منطقه ای را فراهم آورد؛

پایه و اساس وی بروی حمل و نقل ریلی و مدلهای پیاده روی بود، مدل وی درگیری با پتانسیل های وسائل نقلیه موتوری نداشت درحالیکه وی تنها شروع کرد به تولّد و شروع پیاده روی (مسیرهای پیاده محور )

الگوی و ساختار مسیرهای حمل و نقل برگرفته شده بود از طرح شعاعی وایتریوس و وضوحاً طرحی برای پیاده روی (شکل 2/ چپ)، اگر چه در سه نوبت شعاع ها (milies 0/75) و در شش نوبت مساحت ومحدوده اصلی، بایستی که افرادی که توانایی استفاده از خط 11 (استفاده از پاها را داشته اند) را فراهم آورد؛ر(versity jhone W.Reps , Cornell  uni)

مزیت بعدی ایده باغ – شهر که بوسیله آنوین و اشتاین موجودیت پیدا کرد حل گردید مشکل و معضل بین حمل و نقل موتوری و عابرین پیاده از طریق جداسازی مطلق از ترافیک وسائط نقلیّه و عابرین پیاده از طریق معنا پیدا کردن بن بستها و مسیرهای پیاده محور می باشد، اگر چه نمونه ساخته شده مانند رادبرن (1928) که متّحد کردند و اتحادی در جهت پالایش و پاک کردنی به منظور ایجاد و پیوستن به یک مقیاس محلّی تنها و جداگانه بودند(تصویر 2.2) در این نمونه ها باغ – شهر دارای جمعیّتی 000/30 نفری می باشد که این مقیاس جمعیّتی کاهش یافته است برای نقاط پیرامون و حومه باغ – شهر در برخی از پروژه ها تعدادی از باغ شهرها در متروپلیس شهری بروز پیدا کردند؛

یکسری از واحدهای همسایگی متّحد در عین حال گوناگون رادبرن نیازمند یک طرح بندی جدید خیابانی می باشند قبل از اینکه این مدل به یک طرح قابل اجراء بدل گردد به عنوان یک طرح برنامه ریزی در مقیاس شهری

این ساختار و شبکه بندی مأخراً عینیت پیدا کرد توسط لوکوربوزیه، داگسایدیز، و طراح های شهر میلتون کینر عینیت پیدا کرده است .

ترکیب اشتاین (بلوک یا ابر بلوک) رمز گذاری کرده بودند ایده سلسله مراتب مسیرهای حمل و نقل را  که اشاره کرده بودند از طریق واحد همسایگی پری، سلسله مراتب مسیرهای عبوری به یک وابستگی میان تمام تبعات مدلها و استاداردهای عملکردی مهندس ترافیک تبدیل گردید مدل واحد همسایگی کلرنس پری (1929) و همچنین تمرکز دارد بروی واحد همسایگی که تعریف می کند طرح خویش را در یک لغت اجتماعی ، و برنامه ریزی با طرح واحد همسایگی جستاری است در یک نمونه شبکه بندی ساده (شکل 2. 3) این مدل حل کرد برخورد را از طریق محدود کردن ترافیک و حواله کردن ترافیک به سطوح بیرونی، گر چه ترافیک کاهش پیدا کرده است از طریق جایگزین کردن هندسه نامنظم (ارگانیک) و بوسیله تولید اندازه زیادی از سه راهی های T شکل، این طرح و الگو استفاده از طرح شعاعی وایتریوسی را در سر لوحه کار خویش قرار داد در حالیکه آن یک اظهار و بیان برنامه ای روشن می باشد ودر جهت شبکه بندی آن و باقی ماندن بر عقیده شخصی و مشکل به رمزگذاری و امکان اینکه عملی گردد.

3- برای مثال انتقال ترافیک به چهارراهها و تقاطع ها ممکن است که مشکل آفرین بوده و تردد و آسایش آنرا به خطر اندازد طرح لوکوربوزیه (1935) روشن است به عنوان یک مدل جامع برای شبکه حمل و نقل کامل یک شهر که به منظور توسعه دادن طرح اشتاین وکلرنس پری تحت عنوان مقیاس واحد همسایگی می باشد؛

 تئوری برخورد میان ماشین و عابرپیاده از یک ریشه ی غیر اصولی حل شده است: شبکه شطرنجی که راست گوشه می بوده اند برگرفته شده بودند از رویکرد هیپوداموس و عمومیت بخشیده بود به بلوکها که عموماً عابرین پیاده را به صورت ساختاری یکپارچه بوسیله عدم تشویق برای ایجاد ترافیک وسائط نقلیه درآورده بودند، در یک اجرای کامل اصول در شاندیگار (1950) مشکل از طریق پذیرش الگو وطرحواره هایی مانند رادبرن به همراه ستون فقرات سبز و یک جاده و مسیر پیاده محور در مقیاس واحد همسایگی حل شده بود (شکل 8. 2) اکثر راهها و مسیرها به صورت سه راهی هایT شکل عینیّت پیدا کرده اند ارتباط عابرین  پیاده در حدود محدودهای به اندازه (12200×800) متر که یک یا چند واحد همسایگی می باشد و استفاده از زیرگذر و روگذر برای تکمیل شبکه پیاده محوردر دستور کار قرار گرفته بود؛

در مطالعات و پروژه اکستیک (دکسیادیز) طرح رادبرن را مشتمل بر ساختمان های واحدها همسایگی بر روی برای ساختمان های شهری نمایان کرد (Islam abad 1960)  وموافقت در جهت جداسازی مقیاس های انسان محود از مقیاسهای ماشین محور (تصویر چپ، 3)  

پایان و مرگ جادّه ها از طریق مسلط شدن انواع گوناگون خیابان ها و سه راهی های T شکل که مروجاً عینیّت داشته اند و در مقیاس واحد همسایگیموجودیت پیدا کرده است. در اصل بن بست ها یکسری ارتباط دهنده بین مسیرها و جادّه ها با ستون فقرات سبز؛ 4 واحد همسایگی تنظیم شده بودند با یک الصاق مسیرهای ماشینی به طورکاملاً خشنانه که به عبارتی خلق کرده بودند یک مسیر 2×2 کیلومتری که اینان توسط آزاد راهها و مناطق و پهنه های بزرگ سبز قاب بندی شده بودند (تصویر 8. 1)

این بخش و سطح خود مکفی بود در رابطه با فعالیّتهای روزانه ماشینی که می توانست هم به عنوان یک زمین پیاده محور عینّت داشته باشد؛ شبکه شطرنجی هیپوداموس بازگشتی داشت به مقیاس ماشینی خود برای آماده کردن یک ساختار مربعی راست گوشه هندسی برای نفوذ به برنامه و طرح مکان و یا سطح مورد نظر شهر انگلیسی میلتون کینز (80 – 1967) همچنین ناتوان بوده است در جهت ایجاد یک ساختار منطقه ای که شامل حمل و نقل در سطح مقیاس شهری باشد  که اخیرا در رادبرن و واحد همسایگی موجودیت پیدا کرده است؛ یک کیلومتر از مسیرهای شریانی شطرنجی که منطبق گردیده است بر توپوگرافی زمین که فرم و اسکلت حمل و نقل شهر را ساخته است (تصویر 3، راست) وضوحاً جداسازی سیستم مسیرهای پیاده محور از میان ستون فقرات سبز در کنار بلوکهای ساختمانی مسیرها و خیابان های ماشین محور در قالب تقاطع شبکه شطرنجی در داخل یک مسیر سه راهی T شکل که به عبارتی جمع کننده محل ارتباط میان مسیرهای شریان اصلی می باشد. (تصویر 2. 4)

ازمیان این مدل مطرح می گردد دو موضوع و جداسازی تحت عنوان ترافیک (M.K Development Corporation 1970 and walker 1982-45) . اگر چه طرح بندی خیابانهای واحد همسایگی از یک طرح پر پیچ و خم و بدون هیچ عملکرد و کارکرد روشن و مشخصی پیروی می کنند .

فرق نمایان میان مرکز شهر که وظیفه به حرکت درآوردن ترافیک را دارد، این است که در بر گیرد یک الگوی هندسی راست گوه و تقاطعی سختگیرانه را نزدیک با یک الگوی پر پیچ و خم این ساختار سؤالی را به وجود می آورد که کدام اگو بایستی پیشنهاد گردد در  مراکز شهری را در همان سطح و طبقه در جهت کاهش و جداسازی که برای رسیدن به الگوی واحد همسایگی.

الکساندر یک الگوی جدی را تحت عنوان یک ایده ای درگیرانه ودر هم کنش میان حرکت ماشین و عابرین پیاده ارائه می دهد، الگوهای 49 و 50 و 51و 52 اعلام داشتند الگویی را مشتمل بر یک نمونه مناسب در واحد همسایگی که از بن بست ها پیروی می کرده است. (Alexonder etal, 1977)

حمایت کردن از سه راهی T شکل بدل میگردد به یک نمونه امن برای استفاده در داخل واحد همسایگی، هدف جداسازی مسیر پیاده و سواره و پیشنهاداتی در جهت ایجاد تعدادی خیابان به همراه خانه در داخل آن ممکن است که عدم دسترسی ماشین را به همراه داشته باشد.

این چهار الگو فضا را التیام کامل می بخشیدند از عدم تناسبات میان عابرین پیاده و ترافیک سواره؛

ترکیبات آنان در یک ساختارواحد همسایگی و یک مدل ناحیه ای باقی مانده و یک وظیفه ناکامل در تئوری و در عملکرد را به همراه دارد اگر چه آنان پذیرفته شده اند به صورت منحصر به فرد گرایانه برای اینکه همیشه در طول 50 سال به عنوان یک لغت در برنامه ریزی شهری مانده اند؛

سنت طراحی واحدهای همسایگی (TND) حمایت می کنند در جهت بازگشت به تغییراتی در مدل شطرنجی هیپوداموس

از تغییرات خاص و ویژه منظور این است که برای بالا بردن کشش بصری خیابان جلوگیری نمائیم از استفاده ازمسیرهای مستقیم و مناظر مستقیم در خیابان ها و تأکید کردن بر ساختمان های عمومی به وسیله خیابان های پایان دار در جلوی آنان.

خیابان  ها به نظر  می رسند که به طور کافی جنبه انتقالی وسائط نقلیه را رعایت می نمایند و همچنین عابرین پیاده را ؛

(TND) اصولی است به منظور تأکید برای ارتباط میان تمام مولدها و پخش کننده وسائط نقلیه ترافیکی از میان شبکه خیابان، اگر چه TND بحثش در رابطه با  واحدهای همسایگی است و عدم تشویق ترافیک در داخل آنان از طریق استفاده از سه راهی T و استفاده خاص از باریک کردن مسیر (Ite, 1999. P7)

نیاز به شارع عام منطقه ای را قرار می دهد در یک پیرامون 64 هکتاری واحد همسایگی ، این مدل تأکید دارد بر واحدهای همسایگی  و یک ساختار شبکه بندی امن امّا بدون رویکردی عملکردی.     

جایگاه «مسکن» در برنامه پنجم

جایگاه «مسکن» در برنامه پنجم 

مرکز پژوهش های مجلس بخش هایی از لایحه برنامه پنجم را که به بخش مسکن مربوط می شود تحلیل محتوایی کرده و به این جمع بندی رسیده است که از مواد مرتبط با بخش مسکن در این لایحه، هیچ گونه هدف معینی قابل استخراج نیست

بر طبق آنچه در گزارش دفتر مطالعات زیربنایی مرکز پژوهش ها آمده است: «برنامه ریزی اقتصادی دولت برای 5 سال آینده فاقد هرگونه هدفگذاری مشخص در ارتباط با چالش های مهم بازار مسکن نظیر کمبود واحد مسکونی، نرخ رشد اجاره بها یا قیمت بالای زمین است.»مرکز پژوهش ها برای اثبات ضعف های جدی لایحه برنامه پنجم در بخش مسکن، به 45 شاخص در برنامه سوم اشاره کرده که سازمان مدیریت و برنامه ریزی در سال 78 لحاظ کردن آنها در هدف گذاری های دولت برای بازار مسکن را اجباری کرده بود، اما نویسندگان برنامه پنجم نسبت به این شاخص ها توجهی نداشته اند.بازوی پژوهشی مجلس در عین حال برای اصلاح برنامه پنجم، 15 پرسش اساسی که به دغدغه های موجود بازار مسکن مربوط می شود را مطرح و خواستار پاسخگویی به آنها در لایحه شده است.

مرکز پژوهش های مجلس بررسی کرد

نقد برنامه پنجم در بخش مسکن

فرید قدیری

سحر باباخانی

«15 سوال بدون پاسخ» به عنوان ضعف بزرگ در برنامه ریزی دولت برای بخش مسکن خودنمایی می کند

برنامه پنجم درباره چالش های مهم بازار مسکن همچون مهار رشد نرخ اجاره بها، کمبود مسکن و مهار قیمت زمین راهکار صریح و فنی ارائه نکرده است

مرکز پژوهش های مجلس بخش هایی از فصل اقتصادی لایحه برنامه پنجم را که به حوزه مسکن مربوط می شود، بررسی کرده و در نقد آنچه دولت تحت عنوان برنامه ریزی 5ساله برای این بخش در نظر گرفته، اعلام کرده است: «در این برنامه هیچ گونه هدف معینی قابل استخراج نیست و دولت در برنامه 5 ساله پیشنهادی، نه تنها به موارد چالشی بخش مسکن توجهی نکرده، بلکه برای آنها تکلیفی هم تعیین نکرده است.»

ضعف بزرگی که مرکز پژوهش های مجلس به محتوای بخش مسکن در برنامه پنجم وارده کرده، عدم توجه به 45 شاخص تعریف شده ای است که سازمان مدیریت و برنامه ریزی در سال 78 و در هنگام تدوین برنامه سوم، آنها را لحاظ کرد.

مرکز پژوهش ها برای اثبات این بی توجهی، 15 سوال بدون پاسخ درباره «آینده بازار مسکن و اینکه چگونه قرار است قیمت زمین مهار شود، نرخ رشد اجاره بها آرام بگیرد، کمبود مسکن تا 5 سال دیگر جبران شود» را در لایحه برنامه پنجم شناسایی کرده است.

به گزارش دنیای اقتصاد، در کل لایحه برنامه پنجم فقط 8 ماده به بخش مسکن –مهم ترین بخش اقتصادی کشور- مربوط می شود که مهم ترین آن، ماده 149 است که طبق آن، دولت موظف می شود برای ساخت واحدهای مسکونی کوچک مخصوص اجاره به زوج های جوان، زمین ارزان قیمت و تسهیلات بانکی ارائه کند.

این در حالی است که طبق اعلام مرکز پژوهش ها، محتوای ماده 149 در قانون ساماندهی مسکن مصوب سال 87 نیز آمده است و عملا نیازی به تکرار آن در برنامه پنجم نیست.

نه اهداف کمی معلوم است، نه اهداف کیفی

گزارش رسمی مرکز پژوهش های مجلس درباره بررسی لایحه برنامه پنجم در بخش مسکن به شرح زیر است:

برنامه پنجم توسعه در حالی تقدیم مجلس شده است که اهداف کمی و کیفی آن در افق 5 ساله مشخص نیست و امکاناتی که برای رسیدن به اهداف وجود دارد نیز نامشخص نیست. حال در چنین فضایی نقد برنامه از حیث محتوا و از حیث قابلیت حصول اهداف، اساسا موضوعیت ندارد، اما می توان آن را از حیث شکلی مورد بررسی قرار داد.

ماده (149): در این ماده دولت اجازه می یابد که ضوابط طراحی الگوی مسکن ایرانی- اسلامی را تا پایان سال اول برنامه تدوین و ابلاغ کند و همچنین از تولید و عرضه واحدهای کوچک از طرق مختلف و از جمله کمک بلاعوض حمایت کند.

ماده(150): در این ماده شهرداری ها مکلف می شوند که در پروانه های ساختمانی صادره بنویسند که رعایت مقررات ملی ساختمان الزامی است و در صورت رعایت آن موازین، برایشان پایان کار صادر کنند. متخلفین از این امر تهدید به مجازات مالی شده اند. در این ماده همچنین بر بیمه مسوولیت مجریان و طراحان و نیز بیمه کیفیت ساختمان به مدت ده سال تاکید شده است.

ماده (151): در این ماده برای ترویج الگوهای معماری و شهرسازی ایرانی- اسلامی در شهرها و روستاها سه اقدام لازم دانسته شده است: الف) تشکیل شورای معماری ایرانی- اسلامی، ب) تدوین ضوابط طرح های مناسب سازی ساختمان ها و فضاهای شهری و روستایی برای معلولین جسمی حرکتی، ج) بازنگری در سرفصل و محتوای دروس رشته های معماری با رویکرد آشنایی و توجه به معماری و شهرسازی ایرانی- اسلامی.

ماده (152): در این ماده شورای معماری ایرانی- اسلامی موظف به تدوین ضوابط و مقررات ساخت نما شده و همه موظف به رعایت آن و تهدید شده اند که در صورت عدم اجرای آن، جریمه می شوند.

ماده(153): این ماده ناظر بر تحقق توسعه پایدار شهری و روستایی است و در بند «الف» آن ملغمه ای از جملات غیرمتجانس نظیر «ساماندهی تعاملات اقتصادی، اجتماعی و کالبدی» و «صیانت از اراضی کشاورزی و ممنوعیت تغییر کاربری اراضی کشاورزی» ذکر شده است.

ماده(154): در این ماده شورای عالی شهرسازی و معماری ایران مکلف به احصای مناطق ویژه نیازمند بهسازی و نوسازی در بافت های فرسوده شده است و دستگاه های اجرایی ذی ربط نیز موظف به احیای بافت های فرسوده و نامناسب روستایی شده اند.

ماده (155): این ماده در مورد جلوگیری از ایجاد سکونتگاه های غیررسمی با تاکید بر طرح های هادی روستایی است.

ماده (156): این ماده برای حل معضل تعیین حدود املاک واقع در شهرهای کوچک و روستاها و صدور اسناد مالکیت، روشی را ارائه نموده است که البته خالی از اشکال نیست.

هدف معینی قابل استخراج نیست

همچنان که ملاحظه می شود، از مواد مرتبط با بخش مسکن هیچ گونه هدف معینی قابل استخراج نیست. به طور مثال معلوم نیست هدف گذاری برنامه برای پنج سال بعد در بعد شهرسازی چیست؟ قرار است در این بعد چه اتفاقی بیافتد که به خاطر آن اولا شورای معماری ایرانی- اسلامی تشکیل می شود، ثانیا تدوین ضوابط و مقررات در دستور کار قرار می گیرد و معلوم نیست اگر این شورا تشکیل نشود یا آن مقررات تدوین نشود، کدام هدف برنامه پنجم توسعه معطل می ماند. این در حالی است که تاکنون شورای عالی شهرسازی و معماری ایران برای تصمیم گیری در چنین مواردی فعال بوده است.

گفتنی است که مواد مرتبط با بخش مسکن و شهرسازی فاقد هرگونه هدف گذاری کمی است تا از این طریق مشخص شود که در طول اجرای برنامه کشور تا چه اندازه به اهدافش نزدیک شده است. به عبارت دیگر نمی توان میزان موفقیت، انحراف یا شکست برنامه های سالانه را که در راستای تحقق برنامه پنج ساله تدوین می شود، مورد رصد یا تجزیه و تحلیل قرار داد. در برنامه پنج ساله پیشنهادی به موارد چالشی این حوزه از حاکمیت، اساسا توجهی نشده و تکلیفی برای آنها تعیین نشده است. مثلا حتی اشاره نشده است که کشور چقدر کمبود مسکن دارد و چه میزان از کمبود و نیاز مسکن کشور در سنوات یا تا پایان برنامه پنجم تامین خواهد شد یا شاخص های ذی ربط در این بخش چه تحولی خواهند یافت و از چه میزان به چه میزانی خواهند رسید.

سوالات بدون جواب در برنامه

سازمان مدیریت و برنامه ریزی در سال 1378 و در هنگام تدوین برنامه سوم توسعه، 45 شاخص برای بخش مسکن و شهرسازی تعریف کرده که به هیچ یک از آنها در لایحه برنامه پنجم توسعه اشاره نشده است. با دانستن وضعیت هریک از این شاخص ها و آگاهی از شاخص مطلوب، می توان برای انتهای برنامه پنجم وضعیت هر شاخص را تعیین و برای تحقق آن در سنوات برنامه، برنامه ریزی کرده و اگر نیازمند به وضع قوانین و مقررات هست، آنها را پیش بینی کرد. برای روشن شدن موضوع در ذیل به برخی از این شاخص ها اشاره و سوال های مربوطه مطرح می شود.

1 - شاخص نسبت بهای مسکن به درآمد خانوار اکنون چگونه است و در انتهای برنامه به چه حدی خواهد رسید و برای بهبود این شاخص چه برنامه ای تدوین شده است؟

2 - وضعیت فعلی شاخص نسبت اسکان غیررسمی به رسمی چگونه است و در آینده چگونه خواهد بود؟

3 - مسکن در تولید ناخالص ملی هم اکنون دارای چه سهمی است و در انتهای برنامه پنجم چه میزان خواهد بود و چه اقداماتی برای گذر از میزان فعلی به میزان پنج سال بعد اندیشیده شده است؟

4 - برای کاهش نرخ رشد اجاره ها چه اقداماتی قرار است انجام شود و وضعیت آینده نسبت به امروز چگونه پیش بینی می شود؟

5 - برای استانداردسازی مصالح ساختمانی چه اقداماتی خواهد شد و وضعیت کیفی مصالح در انتهای برنامه پنچ ساله پنجم چگونه خواهد شد؟

6 - از تولید مسکن استیجاری چگونه و با چه ابزاری حمایت خواهد شد، شاخص مسکن استیجاری به کل مسکن اکنون چه میزان است و در افق برنامه پنجم توسعه به چه میزان خواهد رسید؟

7 - شاخص تراکم خانوار اکنون چه میزان است و در پایان برنامه چه مقدار خواهد بود؟

8 - هزینه سرانه خدمات شهری به درآمد خانوار در حال حاضر چه شاخصی دارد و شاخص آن در آینده چه میزان خواهد بود؟

9 - نسبت تراکم شهری اکنون چند نفر در هکتار است و در انتهای برنامه پنجم توسعه چه مقدار خواهد بود و چگونه این تغییر انجام خواهد شد؟

10 - شاخص قیمت زمین از چه پارامترهایی تبعیت می کند و چه میزان است و در آینده قرار است چگونه قیمت زمین مهار شود و تابع چه پارامترهایی باشد؟

11 - در حال حاضر میزان سرمایه گذاری انبوه سازان در تولید مسکن کشور (بدون احتساب وام های بانکی) چه میزان است و در انتهای برنامه چه مقدار سرمایه در تولید مسکن کشور جذب شود. راهکارهای جذب سرمایه در برنامه چگونه پیش بینی شده اند؟

12 - چند درصد از روستاهای کشور دارای طرح هادی هستند و این شاخص در انتهای برنامه به چند درصد خواهد رسید؟

13 - میزان نظارت بر طرح های شهرسازی و معماری در حال حاضر چه وضعیتی دارد؟ و در انتهای برنامه چه وضعیتی خواهد داشت و برای رسیدن به وضعیت مطلوب، دولت چه برنامه ای دارد و چه ابزارهایی لازم است تا به این برنامه ها دست یابد؟

14 - توزیع جمعیت در شهرها و ارتباط آنها با مراکز تجاری- خدماتی- رفاهی در آنها چگونه است و دولت برای انجام اصلاحات چه برنامه هایی دارد؟

15 - اکنون چند درصد از بافت های شهری کشور فرسوده هستند. برنامه کشور برای بهسازی این بافت ها چیست؟ و بر اساس رویکردهای برنامه، چند درصد از بافت های فرسوده تا پایان برنامه پنجم بهسازی خواهند شد؟

به نظر می رسد سوالات فوق و سوالات مشابه به طور کلی مدنظر تنظیم کنندگان متن برنامه پنجم نبوده و دولت در تنظیم برنامه، نگاه سیستمی نداشته است.در ضمن پاسخ به سوالات فوق، منفک از امکانات کشور چه از حیث منابع مالی و چه از حیث زیرساخت های صنعتی و غیره امکان پذیر نیست و تغییر نگرش ها و اصلاح روش های رایج و اعمال رویکرد سیستمی در تنظیم برنامه، امری بدیهی و الزامی به نظر می رسد.

با توجه به محدودیت منابع، دولت باید متکی بر شناخت از منابع مالی و منابع انسانی از یک سو و زیرساخت های موجود و همچنین الزام در بهبود عملکردها از سوی دیگر برنامه قابل اجرایی را طراحی کند تا تحقق اهداف برنامه را تضمین کند.

پیشنهاد «حذف و اصلاح» در مرکز پژوهش ها

مرکز پژوهش های مجلس در پایان گزارشی که در آن به نقد و بررسی بخش مسکن در برنامه پنجم پرداخته، پیشنهادهایی برای اصلاح مفاد برنامه مطرح کرده است:

به گزارش دنیای اقتصاد، در ماده 149 لایحه برنامه پنجم آمده است: دولت باید برای حمایت از تولید و عرضه واحد های مسکونی کوچک توسط بخش غیردولتی برای اجاره به زوج های جوان و گروه های کم درآمد، با تخصیص سهم مناسبی از منابع احداث مسکن، شامل زمین ارزان قیمت یا رایگان، واگذاری بناهای ناتمام متعلق به دستگاه های اجرایی یا منابع حاصل از واگذاری بناها و زمین های مذکور، تسهیلات بانکی، اعتبارات وجوه اداره شده و یارانه ای و کمک بلاعوض و منابع صندوق توسعه ملی، برنامه ریزی های لازم را انجام دهد.

این در حالی است که مرکز پژوهش های مجلس به دنبال ارائه این ماده واحده، توضیح داده که مطالب این ماده واحده در قوانین موضوعه از جمله قانون حمایت از عرضه و تولید مسکن –مصوب سال 1387- آمده است.

این مرکز درباره ماده 149 پیشنهاد کرد: منابع صندوق توسعه ملی در اختیار دولت نیست و سایر موارد مندرج در ماده 149 در اختیار دولت است و نیاز به قانون جدید ندارد؛ بنابراین پیشنهاد می شود این بند از ماده 149 و در نتیجه کل ماده 149 حذف شود.

به گزارش دنیای اقتصاد، در ماده 150 لایحه آمده است که به منظور مقاوم سازی ساختمان ها و اصلاح الگوی مصرف -به ویژه انرژی- در بخش ساختمان و مسکن این اقدامات باید انجام شود: شهرداری ها مکلفند نسبت به درج الزام رعایت مقررات ملی ساختمان در پروانه های ساختمانی اقدام کنند و صدور پایان کار برای واحد های احداث شده بر مبنای این پروانه ها، مشروط به رعایت کامل این مقررات خواهد بود؛ این در حالی است که متخلفان از مقررات ملی ساختمان اعم از طراح، ناظر، مجری، مالک و مشابه آن بر اساس آیین نامه ای که به تصویب هیات وزیران می رسد، علاوه بر جبران خسارت، باید جریمه نیز پرداخت کنند.

به گزارش دنیای اقتصاد، نظر مرکز پژوهش های مجلس درباره این ماده واحده به این شرح است: مقاوم سازی ساختمان ها و اصلاح ساخت و ساز به میزان کافی قانون دارد و بخشنامه های صادره بدون تضمین های الزام آور، تا به امروز نتوانسته اطمینان اجرای آنها را ایجاد کند و باید تضمین های محکم تری برای اجرای قوانین و مقررات تصویب شود. در عین حال لازم است که مسوولیت هرگونه خرابی در ساخت وسازها تا مدت معقولی بر عهده سازندگان گذاشته شود.

مرکز پژوهش ها همچنین در این رابطه پیشنهاد کرده که هرگونه خسارت ناشی از عدم رعایت مقررات ملی ساختمان متوجه سازنده بنا است و مهندسین طراحی و اجرا، هر یک به سهم خود در مقابل حوادث به وجود آمده مسوولیت دارند.

به گزارش دنیای اقتصاد، مرکز پژوهش های مجلس در ادامه بررسی ماده واحده های پیشنهادی دولت برای بخش مسکن در برنامه پنجم پیشنهاد حذف ماده 151 را نیز به مجلس ارائه کرد.

دولت در این ماده واحده آورده است: برای ترویج الگوهای معماری و شهرسازی ایرانی – اسلامی با ترکیب وزیر مسکن و شهرسازی، رییس شورا، وزیر کشور، معاون برنامه ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور، رییس سازمان میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری و 3 تا 5 نفر از اساتید، خبرنگاران و متخصصین در رشته معماری و یک نفر از صاحبنظران حوزوی بنا به پیشنهاد رییس شورا و با حکم رییس جمهور و با وظایف اصلی زیر تشکیل می شود: بررسی، تدوین و تصویب سیاست ها، برنامه ها، اصول و ضوابط و مقررات مرتبط با معماری ایرانی –اسلامی بناها، به ویژه بناهای بلند مرتبه و تاثیر گذار در سیما و منظر شهرها و روستاها، بررسی و تصویب طرح های معماری بناهای عمومی و دولتی در مقیاس های ملی و بین المللی و تصویب ساز و کارهای لازم برای بناهای عمومی و خصوصی در مقیاس های محلی و منطقه ای، ترویج فرهنگ معماری ایرانی – اسلامی از طریق تحقیق، پژوهش، اطلاع رسانی، برگزاری همایش های تخصصی داخلی و خارجی و حمایت از الگوسازی.

به گزارش دنیای اقتصاد، به دنبال پیشنهاد حذف کامل ماده 151 برنامه پنجم، ماده 152 نیز از نظر مرکز پژوهش ها باید از لایحه برنامه پنجم حذف شود.

دولت در این ماده واحده آورده است: کلیه مالکین و سازندگان موظفند نسبت به رعایت اصول معماری اسلامی –ایرانی معماری بومی، در طراحی و ساخت نمای ساختمان های خود براساس ضوابط و مقرراتی که تا پایان سال دوم برنامه به تصویب شورای معماری ایرانی – اسلامی می رسد، اقدام کنند.

به گزارش دنیای اقتصاد، دولت همچنین در ماده 156 از این لایحه تاکید کرده که به منظور صدور سند مالکیت املاک واقع در بافت مسکونی شهرهای زیر 12000 نفر جمعیت و روستاها، وزارت مسکن و شهرسازی – بنیاد مسکن انقلاب اسلامی – موظف است به نمایندگی از طرف متقاضیان، برای شهرهای مذکور و روستاهای دارای شورای اسلامی و مراکز دهستان نقشه تفکیکی وضع موجود را تهیه و به اداره ثبت اسناد و املاک ارسال کنند، این در حالی است که نقشه های تفکیکی تهیه شده نیاز به تایید سایر مراجع دولتی ندارد و ادارات ثبت اسناد و املاک باید بر اساس آن اقدام نمایند.

در ادامه ارائه این ماده واحده، مرکز پژوهش های مجلس به دلیل تکراری بودن، پیشنهاد حذف کامل آن را داده است.

 منبع : روزنامه دنیای اقتصاد  تاریخ : 20   خرداد   1389  شاخه : اقتصاد کلان و بودجه

بتن سبک با مقاومت زیاد

بتن سبک با مقاومت زیاد

مقدمه

همواره سبکی بتن،همراه مقاومت کم آن تلقی شده است .سبکدانه های درشت نقش مهمی را در تغییر مقاومت بتن سبکدانه بازی می کنند .نزدیک به دو دهه پیش مطالعه برای تولید بتن سبکدانه با مقاومت زیاد به ویژه در پروژه های نفتی آغاز شد وتوانستند با استفاده از سبکدانه های  خاص وبکارگیری مرغوب اعم از سیمان، دوده سیلیسی وفوق روان کننده ها به مقاومت های فشاری فراتر ازMPa20  دست یابند.در ایران نیز تلاشهایی برای دست یابی به بتن سبکدانه پرمقاومت با مصالح موجود در ایران آغازشد؛اما به دلیل ضعف سبکدانه های  درشت ،محدویت های جدی دراین راه وجود دارد .با این حال احساس می شودبتن از سبکدانه از مقاومت زیاد  یا متوسط به عنوان بتن بادوام جهت بتن ریزی در قطعات بتن مسلح در حاشیه خلیج فارس ودریای عمان استفاده نمود.

اگر بتوان علیرغم کاهش وزن مخصوص بتن ،مقاومت مناسبی را به دست آوردویا نسبت مقاومت به وزن مخصوص را بالا برد وبار مرده سازه های بتنی را کاهش داد،وضعیت مطلوبی حاصل می شود.گاه سبکی بتن یک خواسته درپروژه خاص می باشد.با استفاده از سبکدانه می توان بتن سبکدانه تولید کرد.علیرغم تلاشهایی که قبل از دهه 80میلادی(به ویژه در دهه 70)صورت گرفته بود .عملا مقاومت های فشاری بتن سبکدانه رشد قابل توجهی نداشت و به  50MPaمحدود می شد.به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی درامریکا ونروژبرای ساخت سازه هاو مخازن ساحلی وفرا ساحلی وسکوهای نفتی تلاش هایی در دهه80و اوایل دهه90صورت گرفت .آنها توانستند با استفاده از دوده سیلیسی وفوق روان کننده وهمچنین سبکدانه های مرغوب و پر مقاومت به مقاومت هایی فراتر از70MPaوحتی به مرزهای 100MPaبرسند.در این پروژه ها مسئله دوام بتن ها به ویژه موضوع خوردگی میلگرد ها و پایایی در یخ بندان وآب شدگی وهمچنین مجاورت با آب دریا اهمیت زیادی داشت.این مطالعات و اجرایی این بتن ها راه را برای اقدامات مشابه در سایر کشورها باز نمود .اما جالب است بدانیم ازنیمه دوم دهه 90تاکنون تحقیقات ناچیزی برروی بتن ها انجام ومنتشر شده است.و به نظر می رسد نیاز به تحقیقات گسترده تراحساس نمی شود ویا منابع مالی لازم در اختیار محققین قرار نمی گیرد.در ایران  نیز از حدود سال هایآخر دهه 70 هجری شمسی(اواخر دهه 90م)تلاشهایی برای تولید بتن سبک پر مقاومت آغاز شد که نتایج آن در این مقاله از نظر می گذرد.

فلسفه بکارگیری بتن سبک پر مقاومت وکاربردها:

بتن معمولی از جرم حجمی150/2تا350/2تن بر مترمکعب برخوردار است وتوانسته اند درحالات عادی به مقاومت های بیش ازMPa 60 وتا حدودMPa120دست پیدا کنند .اگر به طور متوسط مقاومت بتن پر مقاومت معمولی راMPa90 در نظر بگیریم ،نسبت مقاومت به جرم حجمی خشک 40خواهد بود.

بتن نیمه سبکدانه جرم حجمی خشک 55/1تا 85/1تن بر متر مکعب را دارا می باشد.مقاومت های فشاری بتن های نیمه سبکدانه قبل از دهه80 معمولابین MPa25تا  45MPaبود؛که متوسط آن 35Mpaمی باشد.نسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک در حدود 20بود ؛بنابراین مصرف بتن نیمه سبکدانه توجیهی نداشت.بتن های تمام سبکدانه جرم حجمی خشک 25/1 تا 45/1تن بر متر مکعب را دارا بود ؛اما مقاومت فشاری آن به زحمت ازMPa 25 فراتر می رفت ونسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک کمتر از20می شد وبسیاری از اوقات این نوع بتن جنبه سازه ای نداشت وبه عنوان مصالح غیر سازه ای بکار می رفت.ازآن جا به دلیل نیاز به سبکی در برخی پروژه های نفتی می خواستند از بتن سبکدانه  سازه ای استفاده نمایند  ناچار به دنبال افزایش مقاومت برآمدند و همان گونه که بتن پر مقاومت معمولی  ساخته شده بود سعی شد نیمه سبکدانه پر مقاومت معمولی تولید شود و باید به نسبت مقاومت به جرم حجمی 40 دست می یافتند یعنی مقاومت فشاری به حدودMPa 70می رسید تا مصرف آن از جمیع جهات توجیه داشته باشد.

هر چند بتن سبکدانه سازه ای ازسال های  جنگ جهانی اول ودوم درقایق ،بارج ،کشتی های جنگی وغیر جنگی کوچک وبزرگ به کار رفته بود؛اما بعد ها به ویژه پس از جنگ جهانی دوم  ساختمان ها و پلها ی زیادی در امریکا وکانادا واروپا با مقاومت های فشاری بیش ازMPa25 ساخته شد.ساخت مخازن مغروق ونیمه مغروق،مخازن گاز طبیعی ،اسکله شناور ،ساختمان های فراساحلی همچون سکوهای نفتی با بتن سبکدانه سابقه داشت ؛اما از اواسط دهه 80تا 90 ساخت این نوع سازه های دریایی با بتن نیمه سبکدانه معمول شد.

ساخت بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت مصالح ونسبت ها:

برای ساخت بتن نیمه سبکدانه درشت با کیفیتی مقاومتی خوب ،از ماسه یا سنگدانه ریز با وزن مخصوص معمولی استفاده می شودکه سیمان وافزودنی های دیگر معدنی وشیمیایی یه همراه آب آن را تکمیل می کند.معمولا بتن سبکدانه پر مقاومت به بتنی اطلا ق می شود که مقاومت فشار استوانه ای 28روزه آن یبش از35مگا پاسکال باشد.سبکدانه درشت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم کمتر ازkg/m 3880 را دارا ست.سبکدانه های رسی منبسط  شده مانند لیکا یا لیاپور ویا فیبوکه ممکن است اسامی دیگری را درکشورهای  مختلف داشته باشد از جمله سنگدانه های سبک مصرفی در این بتن ها می باشد.شیل منبسط شده نیز از جمله سبکدانه یه های مصرفی است که در برخی کشورها لیاپور نیز نام گرفته است.سیلیس منبسط شده (لیسا)در بتن سبکدانه پر مقاومت به میزان گسترده ای بکا رفته است.خاکستر سوخت پخته شده (لیتاژ) وروباره منبسط شده (پلیت)از جمله این سبکدانه ها است.به هر باید گفت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم این سبکدانه ها لازم است بیش از600 وتا حدود بیش ازkg /m 3 800باشد وتا از تو پری واستحکام مناسبی برای این بتن ها برخوردار گردد لاز م به ذکر است وزن مخصوص غیر متراکم لیکای ایران با توجه به حداکثراندازه آن در حدود 350تا450kg/m 3 می یاشد وپرواضح است که درآزمایش های مقاومتی جوابگو نخواهد بود.

 برای بتن سبکدانه پر مقاومت حداکثر اندازه سبکدانه معمولا بیش از16 میلی متر  وغالبا به10تا12 میلی مترمحدود می شودمسلما با کاهش حداکثر اندازه،وزن مخصوص غیر متراکم بیشترشده ودرآزمایش های مکانیکی نیزبهبودآشکاری از خود نشان می دهد.به طور مثال با کاهش حداکثراندازه25به16 میلی متر،مقاومت فشاری بتن سبکدانه حاوی لیکا در حدود 30درصد افزایش یافته است.اگر این کاهش با حداکثراندازه ادامه یابدباز هم مقاومت  بیشتر می شود؛اما باید دانست وزن مخصوص بتن نیز بالا می رود.سیمان مصرفی معمولا از نوع 1یا 2 وحتی 3 می باشد.مقدار سیمان دربتن سبکدانه پر مقاومت اکثرا بین400تا550kg/m 3می باشد هر چند با مصرف دوده سیلیسی ممکن است مقادیر کمتر سیمان نیز در کارهای انجام شده مشاهده شود.

 معمولا امروزه در همه بتن های پر مقاومت من جمله بتن سبکدانه پر مقاومت،دوده سیلیسی وجود دارد ونقش مهمی را ایفا می کند.مقدار دوده سیلیسی معمولا بین 9تا 15 درصد وزن سیمان مصرفی می باشد.تجربیات موجود نشان می دهد اثر دوده سیلیسی در مقاومت بتن سبکدانه بیشتر از تاثیر آن بر مقاومت فشاری بتن معمولی است.وجود دوده سیلیسی،مقاومت  کششی را به طورقابل توجهی دربتن سبکدانه افزایش می دهدو نفوذپذیری دربرابر یون کلر را به شدت کاهش می دهد.

لازم به ذکر است برخی محققین از مواد دیگری همچون خاکستربادی به جای دوده سیلیسی استفاده نموده اند.افزودنی های شیمیایی مصرفی از نوع فوق روان کننده های نسل دوم ونسل سوم می باشد.فرم آلدئیدملامین سولفوناته فشرده وفرم آلدئید نفتالین سولفو ناته فشرده ازجمله فوق روان کننده های نسل دوم هستند که کاهندگی آب آنها به25درصد میرسد؛در حالی که کاهندگی فوق روان کننده های پلی کربوکسیلی نسل سوم به بیش از 35 درصد بالغ می شود به هرحال در بتن های سبکدانه پر مقاومت  میزان قابل توجهی فوق روان کننده مصرف می شودو غالبا به حداکثر میزان مجاز مصرف این مواد در بتن میرسد.

تغییر در سبکدانه وسنگدانه معمولی  نیز می تواند باعث تغییر مقاومت گردد.بدیهی است با افزایش ماسه معمولی و کاهش سبکدانه درشت می توان مقاومت فشاری را افزایش داد،اما وزن مخصوص بتن نیز بالا می رود.به هر حال سعی می شودتا حد امکان مقدار سبکدانه درشت راکم وبر مقدار ماسه معمولی بیفزاییم تا نتیجه مناسب عاید شود.

شکل سبکدانه درشت وماسه مصرفی نیز تا حدودی برمقاومت ها تاثیر می گذارد که چندان مهم تلقی نمی شود.

کاهش نسبت آب به سیمان طبق روال معمول برمقاومت بتن می افزاید.در بتن سبکدانه پر مقاومتمعمولا این نسبت از25/0تا35/0 می باشد که به ندرت به4/0 نیز می رسد.مسلما افزایش میزان آب واسلامپ کنترل می شود؛زیرا اسلامپ های زیاداغلب موجب جداشدگی بتن های سبک به ویژه درهنگام اجرا میشود مگر این که از عیار سیمان ومواد چسباننده بیش ازkg/m 3450 برخوردار باشد.

بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت در ایران:

عمده تحقیقات در ایران بر روی مقاومت بتن سبکدانه و نیمه سبکدانه معمولی انجام شده است.درمرکز تحقیقات ساختمان ومسکن با نسبت های آب به سیمان بیشتر از 39/0 وحداکثر عیار سیمانkg/m 3545 ووزن مخصوص 3  kg/m1670مقاومت مکعبی 28روزه بتن حاوی لیکا وماسه معمولی در حدود kg/m 3275بدست آمده است که برای بتن سبکدانه این مقاومت از3 kg/m200 تجاوز نموده است.

در یک تحقیقات در دانشگا ه خواجه نصیر طوسیبا یکارگیریkg/m 3550 سیمان ومیکرو سیلیس مقاومت  28روزه مکعبی بتنی حاوی لیکا وماسه با نسبت آب به سیمان تقریبی 38/0در حدود kg/m 3205 حاصل شده است.

در ایران بتن سبک پر مقاومت با سبکدانه های وارداتی نیز ساخته اند که در آن هااز سبکدانه با چگالی حجمی بیشتر از0/1 استفاده شده است.

اینجانب در دانشگاه علم و صنعت تلاش هایی را به انجام رساندم که نتایج مقاومت 7و28 روزه استوانه ای ومکعبی آن به همراه مشخصات ،مقادیر ونسبت های مصالح مصرفی در 1دیده می شود.

بیشترین مقاومت استوانه ای 28 روزه در حدود 35 مگا پا سکال و برای بتن نبمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان0/25 وعیار مواد چسبنانندهkg/m  3 450با وزن مخصوص خشک kg/m­  3  1795 بدست آمده وحداکثر اندازه سبکدانه 10میلی متر بوده است.با نسبت آب سیمان 33/0 بیشترین مقاومت فشاری استوانه ای 28روزه به kg/m­  35/32 رسید که عیار مواد چسباننده آن kg/m­  3550 و وزن مخصوص  خشک آن  kg/m­  3 1810 بوده است.در این بتن حداکثر اندازه سبکدانه درشت 6میلی متر بوده ومقدار آن نیز کمتر از سایر بتن ها می باشد؛در حالی که در بتن مشابه با حداکثر اندازه سبکدانه10 میلی متری با مقدار سبکدانه بیشتر ،مقاومت فشاری در حدود MPa 30 بدست آمده است بنابراین دیده می شود که نتوانسته ایم عملا به بتن نیمه سبکدانه  پر مقاومت  با لیکای ایران حتی با استفاده از دوده سیلیسی با میزان 10 درصد سیمان دست یابیم.آزمایش هایی با درصد میکرو سیلیس بیشتر نیز انجام شده  که نتایج جالب توجهی به دست نداده است.

خوب است بدانیم مقاومت فشاری استوانه ای 28 روزه بتن معمولی با نسبت آب به سیمان 33/0 که دارای دوده سیلیسی وعیار مواد چسبناننده  kg/m­  3550 بوده است در حدود MPa48 بدست آمد ه وبرای تمام سبکدانه در این شرایط مقاومت مربوطهMPa5/18 شده است.

ویزگی های بتن سبک با مفاومت زیاد(نسبت آب به سیمان کم ):

نسبت مقاومت کششی وخمشی بتن های سبکدانه یا نیمه سبکدانه به مقاومت فشاری کمتر از این نسبت برای بتن معمولی نیست و حتی بیشتر نیز می باشدعلت این امرتاثیر کمتر کیفیت سنگدانه بر مقاومت کششی  بتن است ونقش خمیر سیمان وملات در این امر چشمگیرتر  است.برای بتن های سبک با لیکای ایران با نسبت آب به سیمان کمتر از4/0 می توان گفت نسبت مقاومت کششی شکافتی به مقاومت فشاری استوانه ای در حدود 11/0بد ست آمده که این نسبت برای بتن های مزبوربین09/0تا 13/0 بوده است .با توجه به روابط موجود در ACI می توان گفت این روابط بین  مقاومت کششی وفشاری برای این بتن هاتقریبا صادق است.

مقاومت خمشی بتن ها ی نیمه سبکدانه عملا در حدود5/1 برابر مقاومت کششی شکافتی بدست آمده است. در بتن های  نیمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم وبا لیکای ایران نسبت به مقاومت فشاری استوانه ای  به مکعبی  ابدا تناسبی  با این نسبت برای   بتن معمولی ندارد.برخی اوقات مقاومت استوانه ای بیش از مکعبی بوده وعملا این نسبت بین 9/0 تا 1/1 بوده است.در تحقیقات دیگرنیز به این امر اشاره شده است و معتقدند  با مصرف سبکدانه مقاومت های استوانه ای به مکعبی نز دیک شود.

مدول الاستیسیته استاتیکی بتن نیمه سبکدانه حاوی لیکای ایران می تواند از روابط موجود در ACI  بدست آید.مدول الاستیسیته این بتن ها عمدتا بین 10تا 20گیگا پاسکال بوده است.مدول الا ستیسیته دینامیکی این بتن ها در مقایسه با بتن معمولی و با توجه به وزن مخصوص بتن بیش از حد انتظار بدست آمده است این مدول الا ستیسیته بین 17 تا 25 گیگا پاسکال می باشد که قابل توجه به نظر میر سد سرعت پالس در این بتن ها گاه با سرعت پالس در بتن های معمولی تفاوت چندانی را نشان  نیمدهد.جمع شدگی بتن نیمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم با لیکای ایران از بتن های معمولی بیشتر است.

در رابطه با جذب آب وجذب آب موئینه می توان گفت هر چند کیفیت بتن نیمه سبکدانه مانند بتن معمولی مشابه نیست ؛اما تفاوت های بازرسی را نشان نمی دهد.

از نقطه نظرمقاومت الکتریکی  نیز در مقایسه با بتن معمولی مشابه(به ویژه در حالت نگهداری شده در آب)تفاوت ها چندان زیاد نیست؛در حالی که بتن تمام سبکدانه وضعیت بهتری را در مقایسه با بتن معمولی نشان داده است.

هر چند  ضریب نفوذ یون کلر  بتن نیمه سبکدانه تقریبا 5/1 برابر بتن معمولی است ؛اما جالب این است که بتن تمام  سبکدانه در شرایط مشابه مانند بتن معمولی یا بهتر ازآن ارزیابی شده است.

همچنین در رابطه با آزمایش های خوردگی میلگرد،بتن نیمه سبکدانه ضیف تر از بتن معمولی مشابه بوده است ولی مجدد ا باید خاطر نشان کرد که بتن تمام سبکدانه شبیه به بتن معمولی وحتی بهتر از آن عمل کرده است.

کار برد بتن سبک با نسبت آب به سیمان  کم در ایران ومحدویت های موجود:

به نظر میرسد با شرایط موجود ساخت بتن سبکدانه  پر مقاومت  با نسبت آب به سیمان کم حتی با مصرف دوده سیلیسی و فوق روان کننده  به کمک لیکای ایران مقدور نباشد،مگر این که تغییر اساسی در کیفیت  مقاومتی و وزن مخصوص لیکای موجود ایجاد شود.به هر حال با مقاومت های حاصله ونسبت مقاومت به وزن مخصوص عملا کاریردی برای بتن های سبک در کارهای سازه ای پیش بینی نمی شود .مصرف مقادیر قابل توجهی سیمان ،دوده سیلیسی وفوق روان کنند ه هزینه بسیار زیادی را ایجاد خواهد کرد وتحت این شرایط در کارگاه ممکن است صرفا مقاومت های کمتر از MPa 25 حاصل شود که توجیه اقتصادی نخواهد داشت .در استفاده از بتن سبکدانه به مسائل اجرایی به ویژه جداشدگی  باید توجه داشت و این نیز می تواند  در ایران می تواند مشکلات اساسی را به وجود آورد؛هر چند با استفاده از عیار سیمان زیاد و دود ه سیلیسی این مشکل تا حدودی حل می شود.

هر چند بکارگیری بتن نیمه سبکدانه سازه ای در ایران توجیه نداردهر چند بکارگیری بتن نیمه سبکدانه سازه ای در ایران توجیه ندارد؛اما دو تحقیق جدا گانه نشان داده است بتن تمام سبکدانه نیمه سازه ای که با لیکای ایران ساخته شده ،دوام قابل توجهی را در برابرخوردگی میلگردها از خود نشان داده ومشابه بتن های معمولی و حتی بهتر از آن در شرایط پایداری  از خود بروز داده است.لذا شاید بتوان از این نوع بتن در موارد خاصی در حاشیه خلیج فارس و دریای عمان  استفاده کرد.

تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال 1756 میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که 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 کشور ما نیز از سال 1312 با احداث کارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع کشور ، امروزه در حدود 26 الی 30 میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد . با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در کارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در کشورمان پیدا کرد .
یکی از روشهای ساختمان سازی که امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است . بعد از انقلاب اسلامی به علت کمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در کشور ، کاربرد 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 امکان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشکله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند که 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 در باره 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 بدلائل زیر آنرا در درجه دوم و یا سوم کیفیت قرار می دهد .
الف : وجود گرد و غبار
ب : عدم شستشو
ج : دانه بندی نا صحیح
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
4- 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 بار بر ساختمان
    -  بتن مصرفی در دیوارهای غیر بار بر
    -  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 .
در جدول ( 1 ) خواص انواع بتن های سبک که با این سنگدانه ها ساخته می شوند نشان داده شده اند : 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 . برخی الزامات دانه بندی این آیین نامه ها در جداول 2 ، 3 و 4 نشان داده شده اند .
ذکر این نکات برای فهم بهتر این جداول 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 . روشهای 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 . در اینجا اجمالا به چند روش اشاره می گردد :
1- 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
بدین ترتیب مشاهده می شود که می توان با افزایش مقاومت سبکدانه و مقاومت و حجم ملات مقاومت بتن سبک را افزایش داد .

نتیجه گیری

       - بتن نیمه سبکدانه پرمقاومت با استفاده از لیکای مرغوب وسیلیس منبسط شده با مقاومت 28 روزه استوانه ای بیش از MPa50 در دنیا ساخته و مصرف شده است که نسبت آب به سیمان آن معمولا کمتر از 35/0 می باشد.

-         عمده کاربرد بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت امروزه د رکارهای دریایی و نفتی می باشد.

-         دوده سیلیسی وفوق روان کننده از ملزومات تولید بتن سبکدانه پرمقاومت می باشد وعیار سیمان مصرفی معمولا بیش از400و تا حدود kg/m3  550بوده است.

-         حداکثر اندازه سبکدانه نقش مهمی را در تغییر مقاومت ایفا می کند و امروزهبرای بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت،حداکثر  اندازه سبکدانه بین 5/12-5/9 میلی متر می باشد.

-         ساخت بتن نیمه سبکدانه  پر مقاومت با لیکای ایران حتی با مصرف دوده سیلیسی وفوق روان کننده و بکارگیری نسبت آب به سیمان 25/0 عملا مقدور نمی باشد.

-         لیکای ایران از نظر کیفیت مقاومتی و جذب اب نمی تواند مرغوب تلقی شود ولی از وزن مخصوص پایینی برخوردار می باشدو صرفا برای تولید بتن های نیمه سبکدانه سازه ای با مقاومت معمولی می تواند به کار گرفته شود.

-         بتن های تمام سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم می تواند همانند بتن معمولی مشابه در محیط های خورنده وبه صورت مسلح بکار گرفته شود؛هر چند از مقاومت فشاری پایینی برخوردارمی باشد.

خطوط تولید بلوکهای بتن سبک هبلکس ، گازی با ظرفیت 500 متر مکعب در روز ساخت کشور چین . این نوع بتن در نتیجه یک واکنش شیمیایی که گاز را در ملات تازه ایجاد میکند ساخته میشود. این بتن هنگامی که سخت میشود شامل تعداد زیادی حباب های گازی میباشد. این نوع بتن بعلت وزن کم ( دانسیته 700-500 کیلوگرم به متر مکعب )وخواص عایق بندی حرارتی باعث کاهش جرم ساختمان و صرفه جویی در مصرف انرژی میگردد. از خواص عمده بتن گازی وزن مخصوص کم ,مقاومت مناسب عایق بندی حرارتی ومقاوم در برابر آتش و عایق صوتی قابل ذکر میباشد.

بتن تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال 1756 میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که 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 . ..سبک و اثر میکروسیلیس ها در افزایش مقاومت آن.

بتن سبک هوادار

در راستای پیشرفتهای صورت گرفته در جهان ، مهندسان بخش مسکن تحقیقات جدی و مستمری انجام داده و می دهند تا بتوانند مسکن با عمر مفید زیاد (چند قرن) ، استحکام بالا در مقابل بلایای طبیعی (زلزله ، آتش سوزی و ...) ، همچنین با توجه به پایان رسیدن عصرانرژی ارزان ، حداقل انرژی در ساختمان مصرف گردد و دارای هزینه کمتری نسبت به سایر مصالح رایج باشد که این ایده ها با شناسایی بتن سبک هوادار (foam concrete) تحقق یافت. هم اکنون بتن معمولی غالبا با دانسیته 2400kg/m3 تولید می گردد که با توجه به وزنش مشکلات فراوانی ازجمله اجرای سخت و باخاصیت جذب آب بسیار بالا دائما تاسیسات حرارتی و برودتی ساختمان را در معرض تخریب قرار می دهد و معایب دیگر ، خوشبختانه در حال حاضر با افزودن هوا به مخلوط ماسه و سیمان ، وزن آن تا اندازه قابل توجهی کاهش می یابد ، (400 الی 1800 کیلو گرم بر متر مکعب) و بتن سبک هوادار با خصوصیات بارزی تولید می گردد.

تولید بتن سبک با نوعی مواد افزودنی (فوم هوازی پروتئینی) جهت متخلخل نمودن خمیر ماسه و سیمان توسط شرکت NEOPOR  SYSTEM در کشور آلمان با روش بهبود دائم طی مراحل تعاملی مهندسی انجام گرفته است.  بتن سبک در گذشته و در حال حاضر در کشورمان تولید می شود که به بتن سبک صنعتی (پوکه صنعتی ، معدنی و ...) و بتن سبک گازی معروفند که هر کدام به نوبه خود ضررهایی برای محیط زیست دارا می باشند ولی در کشورهای توسعه یافته این نوع بتن  سبک جای خود را به بتن سبک هوادار داده است. شرکت NEOPOR SYSTEM در حال حاضر با بیش از 25 سال سابقه اجرایی در 30 کشور جهان مورد تایید موسسه استاندارد (( دین  آلمان)) می باشد . خصوصیات فنی: بتن سبک هوادار را می توان در دو سطح دانسیته ای تولید کرد : الف - وزن مخصوص (400 الی 900 کیلو گرم بر متر مکعب) برای ساخت بلوکهای ساختمانی غیرباربر و همچنین بلوکهای تزئینی و پانلها.  ب - وزن مخصوص (1000 الی 1800 کیلو گرم بر متر مکعب) برای قطعات باربر و مسلح. بتن سبک هوادار در هر دو سطح دارای خصوصیات مشترکی می باشند که شماری از آنها بشرح زیر می باشد :

1_عایق رطوبت 2_عایق گرما وسرما 3_ عایق صوت 4_مقاومت بیشتر در مقابل حریق 5_نسبت مقاومت فشاری مناسب به وزن 6_کاهش بار مرده در ساختمان 7_ مقاوم در مقابل نفوذ آب 8_خاصیت خوب جذب و دفع آب 9_راحتی در عمل بریدن و میخ کوبی 10_انقباض مطلوب در حین خشک شدن 11_ مقاوم در برابر یخ زدگی 12_جلوگیری از استهلاک سیستم سرمایش و گرمایش 

  مزایا: بتن سبک هوادار دارای مزایای زیادی می باشد که برخی ازآنها به شرح زیر می باشد.
1_ صرفه جویی در هزینه های ترانسپورت قطعات پیش ساخته (تولید صنعتی) 2_ صرفه جویی در حمل مصالح (وزن ماسه و میله گرد) 3_عمر مفید بیشتر قالب فلزی (ضریب تکرار بیشتر قالب در سیستم بتن سبک) 4_حذف دستمزدهای بنایی (گچ و خاک و حداقل سفید کاری) 5_حذف هزینه های مصالح (خاک و گچ) 6_حذف دستمزدهای اجرای نماکاری (سیمانکاری) 7_حذف هزینه های مصالح نماکاری (سیمان و ماسه) 8_حذف هزینه های مربوط به ترانسپورت پرت مصالح به خارج از کارگاه 9_صرفه جویی در هزینه های مصرف انرژی (نفت ، گاز ، برق ، ...) بدلیل تبادل حرارتی و برودتی بهتر دیوار بتن سبک 10_سرعت در اجرا به دلیل سیال بودن بتن سبک ، عمل بتن ریزی به مراتب سریعتر از بتن معمولیانجام می شود و در این سیستم عمل ویبره حذف می گردد. 11_صرفه جویی در مصرف میله گرد ، در اینجا باید رقم 30% را در هزینه های مربوط به وزن میله گرد منظور نموده (دیوارهای باربر و پی ها) 12_سهولت عملیات کنده کاری و هزینه های مربوط در مقایسه با دیوار آجری
 13_سرعت در بازگشت سرمایه و پرداخت کمتر بهره بانکی در مقایسه با سیستم های ساخت و ساز سنتی و مشابه آن با بتن سبک 

سبک سازی ساختمان (پی ، دیوار ، سقف) افزایش قابل توجه عمر مفید ساختمان (بیش از صد سال) موارد استفاده 1_ایزولاسیون پشت بام این بتن می تواند بعنوان یک عایق حرارتی برای پشت بامها مورد استفاده قرارگیرد.
<!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->

2_ایزولاسیون کف ساختمان  این بتن می تواند بعنوان یک عایق رطوبتی و حرارتی برای کفها مورد استفاده قرار گیرد ، بطوریکههر 5 سانتی متر بتن سبک هوادار معادل یک لایه قیر اندود عمل می کند .
<!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->

3_ساختمان سازی ساختمانهای پیش ساخته و قالب درجا بعنوان پارتیشن بندی در انواع سازه (انواعبلوکهایساختمانی)
<!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->

4_ژئوتکنیک این بتن با توجه به سیال بودنش داخل تمامی حفره ها نفوذ کرده و تمام روزنه ها را پر می کند و در مقابل براحتی می توان از آن حفره برداری نمود.
<!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->

5_محوطه سازی (با قطعات پیش ساخته یا بتن درجا) این بتن با توجه به خصوصیاتش از جمله مقاومت در برابر یخ زدگی و عدم جذب رطوبت بسیار پوشش مناسبی برای سطح جاده ها و فرودگاهها و پیاده روها می باشد.
<!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->

6_ حصار کشی از این بتن می توان هر قطعه ای (هر اندازه و هر شکل) برای دیوار محوطه تهیه و نصب نمود .
<!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->

از این بتن می توان هر نوع قطعه بتنی را تهیه نمود ، بر این اساس از آن می توان برای ساخت گلدان ، نیمکت پارک ، سنگ فرش پیاده رو ، سنگ چمن ، آبراه باران و ... استفاده نمود.
<!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->

7_ مجسمه سازی بخاطر سیال بودن بتن و در  نهایت سبک بودن آن می توان هر نوع مجسمه ای را تولید کرد.
              تمام موارد بالا را میتوان همراه با سلیقه های مختلف بصورت رنگی تولید نمود.

8_بلوکهای تزئینی و متفرقه

بتــن سبــک

بتــن سبــک مسلــح و مرکــب ارتجاعی با تغییـــرات غیر خطـــی کرنش در ارتفـاع تیـــر در طی خمش، و مــدول فنریـت و قابلیت کرنش پذیری بـالا در خمـــش نوعــی بتـن سبک مسلــحِ فیبــروالاستیک با ساختــار شبکــه‏ای می‏باشد.
در این سیستم مرکب، بنا به بافت منسجم و نظام شبکه‏ای موجود و نوع و تناسب رفتار اجزاء به کار رفته در تعامل با یکدیگر، امکان توزیع

گسترده و مناسب‏تر کرنش‏ها و تنش‏ها (همراه با جذب و مهار نسبی آنها) فراهم آمده، ظرفیت‏های ذخیره و جذب انرژی زیاد بوده، و کرنش پذیریِ بالا (به ویژه در محدوده ارتجاعی) هم به سهم خود امکان بهره‏گیری از توان‏ مجموعه‏ تسلیحات در کشش را بهتر میسر ساخته است. بدین ترتیب، ضمن تاُمین ذخیره مقاومت و شکل پذیری (Ductility) مورد نظر دست‏یابی به قابلیت‏های بالای باربری (به خصوص در خمش و از جمله در مورد بارهای دینامیک و ضربه‏ای) در عین دارا بودن ابعاد و وزن پائین و نیز نرم و منتشر بودن الگوی شکست به خوبی امکان‏پذیر گشته است.
چنان که گفته شد در این سیستم در جریان خمش، تغییرات کرنش در ارتفاع تیر خطی نیست. این ویژگی همچنین می‏تواند متضمن توزیع بهتر تنش‏های داخلی و کاهش تمرکز نسبی آنها (چون تنش‏های فشاری) در مناطقی خاص از مقطع و افزایش ظرفیت کلی جذب و مهار و تحمل تنش‏ها و قابلیت کرنش پذیری ... در طی خمش باشد.
از جمله خصوصیات بتن کرنش پذیر به کار رفته در این سیستم نیز می‏توان به نسبت‏های مناسب مدول‏های الاستیسیته, و مقاومت‏های کششی و برشی به مقاومت فشاری و نیز مقاومت در حد رفتار ارتجاعی ... به مقاومت نهائی- بالا بودن طاقت شکست و ضـرایب بلوک تنـش و ، کرنش متناظر با قله مقاومت و به ویژه، کرنش متناظــر با گسیختــگی و وقوع نوعــی الگوی له شدگی به جای خرد شدگی معمول و گسترش یابنده (در بارگذاری‏های فشاری بیش از حد آستانه اشاره نمود. مجموعه اینها با در نظر داشتن نقش چندگانه ساختار شبکه‏ای مزبور در بافت منسجم موجود، عامل نیل به ویژگی‏های پیش‏گفته محسوب می‏گردند. (گفتنی است که در این سیستم حتی شکست از نوع موسوم به فشاری اولیه در برخی بارگذاری‏های محوری هم باز الگویی نرم و تدریجی داشته است )
ضمنا چنان که می‏دانیم برخی از مشکلات رایج و بعضا، راه‏بردی فرا راه کاربرد بتن‏های سبک مسلحِ معمول عبارتند از: خطرِ ترد گشتن الگوی شکست، جمع شدگی زیاد و ناپایداری حجمی، درگیری نامناسب تسلیحات در بتن، پائین بودن مقاومت‏های مکانیکی از جمله، برش پانچ، کم بودن نسبت‏های مقاومت‏های برشی و کششی … و نیز مدول‏های الاستیسیته استاتیکی و دینامیکی به مقاومت فشاری، معضلات ناشی از افت و خزش و خستگی، مسائل مربوط به پایایی به خصوص در درازمدت و در برخی شرایط محیطی، موضوع انتقال نیروهای جانبی، برخی محدودیت‏های اجرای کارگاهی و ....
بدین سان در این فن‏آوری نو و با توجه به امکان کاربرد مقتضیِ برخی عناصر همراه سعی در حل توأمان بخش مهمی از مشکلات مزبور در چارچوب سیستمی واحد و یکپارچه با مدول فنریت و مقاومت ویژه شایان توجه در خمش قیمت مناسب تمام شده و دارای موارد کاربری متعدد گشته است.

بتن سبک سازه ای مورد استفاده در ساختمان ها در مقابله با زلزله کاربرد مهمی دارد

بتن سبک سازه ای به دلیل سبکی و پر مقاومتی در برابر زلزله در کاهش خسارت ها و خطرات سنگین نقش مهمی دارد با این دو فاکتور، بتن های سبک سازه ای از لحاظ اقتصادی صرفه بیشتر و عملکرد مناسب می تواند به عنوان مصالح مطلوب در ایجاد ساختمانها مطرح شود. دکتر علیرضا رهایی رئیس دانشگاه صنعتی امیرکبیرافزود: یکی از روش های ایجاد سازه های با مقاومت مناسب مقاوم سازی سازه ها، در مقابل زلزله بحث سبک سازی است.
وی گفت: با توجه به اینکه بسیاری از ساختمانها و انواع سازه های دیگر از مصالح بتنی ساخته می شوند، با افزایش دانش و تجربیات فنی دانشجویان باید بتوانیم مصالح بتنی با دوام مناسب و سبک با مقاومت بالا تولید کنیم. وی تصریح کرد: بتن های سبک پرمقاومت به عنوان یک مصالح مطلوب در ایجاد ساختمانها، از جنبه اقتصادی صرفه بیشتر و از جنبه عملکرد و مقاومت مناسب درمقابل زلزله به لحاظ سبک سازی مطرح می شوند.
رئیس دانشگاه صنعتی امیرکبیر نقش آموزش عالی در زمینه تولید بتن های سازه ای سبک در دانشگاه ها را مهم دانست و تصریح کرد: بتن به عنوان یک مصالح در طرح های  مختلف مانند ساختمان سازی، پل سازی، اسلکه ها، منابع، مخازن استفاده می شود که اگربتواند مشخصات مکانیکی به محو دقیق و صحیح کسب کند عملکرد مناسب و خوبی از لحاظ فنی و اقتصادی می تواند در ساخت سازه ها و ساختمان ها داشته باشد.
رهایی گفت: اگر در زمینه تحقیقات کاربردی، درسطح دانشگاه ها و مراکز علمی تلاش کنیم، تحقیقات کاربردی ما منجر به ساخت بتن های با کیفیتی در کشور خواهد شد.
وی افزود: آشنایی مهندسان با مشخصات روش ساخت و طراحی باعث ایجاد شرایط بهتری در ساختمان سازی می شود.
همچنین دکتر سید محمد حسین بسط دانشیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه صنعتی امیرکبیر به خبرنگار ما گفت : در کشور ما ارتباط بین صنعت و دانشگاه، عملکردی  ضعیف داشته است و این در مقایسه با کشورهایی که دربخش صنعت و تحقیقات، به پیشرفت رسیدند، هماهنگی تنگاتنگ ونزدیک دانشگاه و صنعت، عامل مهمی است.
مدیر گروه مهندسی و مدیریت ساخت دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست افزود: امروزه، بحث اعتماد و اتکا صنایع کشور با دانشگاه های دو عامل مهم است یعنی نیاز صنعت را دانشگاه باید برآورده کند و برعکس دانشگاه به دنبال نیاز صنعت پیش می رود.
وی گفت: محصولی که با تحقیق و پژوهش در دانشگاه های کشور تولید می شود صنعت خریدار اصلی آن است نباید صنعت برای برآورده کردن نیازها و خرید این نوع محصولات، از کشورهای دیگر کمک بگیرد.
مدیر گروه مهندسی و مدیریت ساخت دانشکده مهندسی عمران ارتباط  بیشتر و نزدیک دانشگاه با صنعت را تنها راهکار صنعتی شدن پژوهش ها دانست و تاکید کرد: ما همیشه به عنوان دانشگاه باید از نخستین بازار، آن هم بازارهاای داخلی خرید کنیم و به بیگانگان روی نیاوریم.
وی علت قیمت بالای بتن های سبک سازی را کمی سازندگان برشمرد و ادامه داد: سبکی و مقاوم بودن سازه ها در کشور هر کدام با مشکلاتی روبرو هستند و یکی از مشکلات آن خطرات و خسارتهای سنگین ناشی از زلزله است.
مدیر گروه مهندسی و مدیریت ساخت دانشکده مهندسی عمران تاکید کرد: با جا افتادن این دو عامل سبکی مقاومت بتن های سازه ای سبک، درصنعت ساخت و ساز کشور و به نفع سازندگان و بهره بردارها است و قطعا کارخانه های زیادی برای رقابت و کاهش قیمت این نوع بتن در کشور در صدد تهیه آن هستند.

خلاصه مقاله:

در انالیز و طراحی سازه های مختلف، بار گذاری اعمال شده به سازه حداقل شامل بار مرده، بار زنده و زلزله می باشد. جهت کاهش و یا سبک کردن بار وارد به المانهای اصلی شامل تیر، ستون و فونداسیون می بایستی بار مرده را کاهش داد. که به تناسب آن وزن سازه نیز کمتر شده و موجب کاهش نیروی زلزله می گردد. با توجه به اینکه در ساختمانهای وزن عناصر غیر سازه ای از وزن المانهای سازه ای خیلی بیشتر است، لذا سعی در کاهش وزن المانهای غیر سازه ای با استفاده از انواع بتن در چند سال اخیر بر برنامه اکثر مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. در مناطق شمالی و جنوبی کشور به علت عدم وجود معادن خاک رس ساخت اجر و بلوک سفالی دارای هزینه بالا می باشد و در صورت حمل مصالح به این نقاطه هزینه ها نیز افزایش یافته و با وجود معادن ماسه بادی در این نقاط اجرای بتن سبک فوق العاده کم هینه بوده و همچنین وزن سازه نیز کمتر شده است.
اصولا ساخت بتن سبک به یکی از دو روش کلی ذیل صورت می گیرد:
1- استفاده از افزودنی های خاص در بتن که تولید حباب نموده و باعث سبک شدن بتن میگردد مانند (بتن کفی یا بتن گازی)،در اینصورت روش طرح اختلاط و مراحل ساخت قطعات بتنی نیز تغییر می یابد.
2- استفاده از مصالح با چگالی پایین تر مانند پرلیت به جای کاربرد شن و ماسه معمولی و یا استفاده ازمواد مصنوعی خاص با عملکرد فیزیکی مشابه با مصالح موجود در بتن (مثلا از الیاف فایبر گلاس و یا شبکه های سیمی جوش و لایه عایق پلی استایرن به جای میلگرد و یا شبکه موجود در بتن).
برای استفاده بهینه از این محصولات ابتدا وزن محصوص و مقاومت فشاری (به ندرت مقاومت کششی) آن برای کاربردهای مورد نظر در پروژه تعریف می گردد و بر مبنای آن طرح اختلاط لازم و افزودنی های مورد نیاز بر طبق دستور العمل ها و تجربیات تولید، و در استاندارد کشور المان (DIN) ، انگلستان (BSI)، آمریکا (ASTM) و غیره ارائه میشود.

چگالی بتن معمولی در حدود 2200 تا 2600 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. در نتیجه وزن مرده قطعات بتنی زیاد است و نسبت زیادی از بار وارده بر سازه را تشکیل میدهد. بکار بردن بتن با چگالی کمتر باعث کاهش بار مرده ساختمان و در نتیجه کوچکتر شدن ابعاد قطعات باربر می گردد. بعلاوه با استفاده از بتن سبکتر قالب نیاز به تحمل فشار کمتری در مقایسه با بتن معمولی دارد و همچنین کل جرم مصالحی که بایدجابجا شوند کاهش می یابد که این عامل منجر به افزایش تولید می گردد. بتن سبکه به بتن های دارای وزن مخصوص بین 300 تا 2000 کیلوگرم بر متر مکعب و با ترکیبات جدید وفوق العاده سبک و مقاوم اطلاق می گردد. از بتن سبک در اعضای غیر سازه ای همانند تیغه های عایق و جدا کننده ها، پوشش کف و اعضای نیمه سازه ای و سازه ای مثل دالهای سازه ای بلند جهت کاهش وزن مرده و بار دینامیکی ناشی از زلزله و ابعاد المانهای قاب سازه استفاده می شود.

اثرات استفاده از بتن سبک در طراحی لرزه ای سازه ها

در این مقاله بتن سبک و انواع آن روشهای تولید و مزایا و معایب آن بطور مختصر مورد بررسی قرار گرفته است.

یکی از اصلی ترین مشکل در طراحی لرزه ای و اجرای ساختمانها، خصوصا ساختمان های بلند، وزن قابل توجه بار مرده که عمدتا ناشی از وزن سقفها و دیوارهای جدا کننده است، می باش. بدیهی است استفاده از مصالح سبک موجب کم شدن بار مردن و در نتیجه کاهش وزن تیرها، ستون ها وشالوده می گردد. کاهش وزن مرده ساختمان و استفاده از بتن ها با وزن مخصوص کمتر از 1900 کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت فشاری بیش از 17 مگاپاسکال در سازه های بتن مسلح، همواره مورد توجه بسیاری ازمهندسین طراح بوده است، در این راستا نیز مطالعات متنوعی در سطح جهان صورت گرفته است، ولی علیرغم تمامی این تحقیقات، تاکنون بتن سبک جایگاه خود را در ساخت سازههای بتن آرمه در کشور ایران پیدا ننموده است. مقاله حاضر به ارزیابی اثر استفاده از بتن سبک و مصالح سب دروزن سازه، مقدار مصرف میلگرد و بتن، و همچنین تاثیر آن بر برش پایه استاتیکی و دینامیکی می پردازد. برای این منظور مدلهائی با تعداد طبقات 5، 9و15 ، برای سازه با بتن معمولی (A)، سازه با بتن سبک (B) و سازه با استفاده از توام سبک و معمولی (C) (که جمعا 9 نمونه را شامل میشود) انتخاب و پس از آنالیز و طراحی در مورد نتایج لرزه ای نمونه ها قضاوت و مقایسه بعمل آمده است.

اثرات عایق سازی حرارتی دیوارهای ساختمانی ساخته شده با بتن سبک در کاهش مصرف سوخت و هزینه تمام شده

یکی از مهمترین مواردی که باعث اتلاف انرژی حرارتی مهمترین مواردی که باعث اتلاف انرژی حرارتی در ساختمان می شود عدم عایق بندی مناسب دیوارهای ساختمان است . می توان گفت بخش اعظمی از اعضای حائل بین داخل و خارج ساختمان را دیوارها تشکیل می دهند که درصورت استفاده بجا و درست از مصالح مناسب می توان مقاومت حرارتی آنها را تا حد چشمگیری افزایش داد و در نتیجه از اتفلاف انرژی به مقدار زیادی جلوگیری نمود .در این مقاله ابتدا مقاومت حرارتی دیوارهای ساخته شده با مصالح معمول در ایران بررسی می شود و سپس نقش روی ختلف عایق سازی مانند استفاده از بتن های سبک گازی , بلوک بتنی سبک پلی استایرنی و بتن های سبک و نیمه سبک ساخته شده با لیکا و پوکه معدنی در افزایش مقاومت حرارتی دیوارها و سقف ها بررسی می شود . در نهایت افزایش هزینه ناشی از عایق کاری با هزینه صرفه جویی شده ناشی از کاهش مصرف سوخت مقایسه می گردد

( بتن سبک وزن با ساختمان سلولی ( فوم))

بتن از مصالح اصلی و بنیادین در ساخت ساختمانهای کنونی است که می توان با ایجاد ترکیبات مختلف و افزودن مواد دیگر به این ترکیبات کارایی آن را بالا برد . از جمله موادی که م ی توان برای افزایش کارایی بتن به آن اضافه نمود فوم ( ماده کف ساز با پایه پرو تئین حیوانی ) است. این نوع بتن علاوه بر داشتن مزایای بتن معمولی خواص دیگری مانند وزن مخصوص کم و مقاومت فشاری بالا را نیز دارا می باشد سبکی این بتن در سازه های ساختمانی باعث کاهش بار مرده ساختمان، صرفه جویی در حجم خاک برداری و بتن مصرف شده در فونداسیونها و همچنین کاهش بارهای زلزله می گردد . برای افزایش کارایی این محصول در پروژه های مختلف مقدار اختلاط و افزودنیهای موردنیاز طبق تجربیات و استانداردهای کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا تنظیم و تهیه می گردد و برای تولید نهایی و آزمایشهای مقاومت بر روی آنها صورت می گیرد. برای تولید این بتن از ملات ماسه، سیمان، ماسه بادی، ملات بتن فوم ( از نوع پروتئین حیوانی ) و افزودنیهای مجاز استفاده می گردد . این مواد توسط دستگاههای مخصوص، مخلوط وتولید شده و برای استفاده آماده می گردد که توسط دستگاههای پمپاژ به علت سبکی به راحتی می تو ان بتن را به طبقات بالاتر انتقال داد . در نتیجه این عملکرد، میزان دقت کلی مصرفی در این پروژه افزایش م ییابد.

نوع جدیدی از بتن سبک با مقاومت بالا توسط یکی از استادان دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز تولید شد.

 این بتن در سازه‌های حمل‌کننده بار و در ایجاد انواع بلوک کاربرد دارد.

وی ضدآب بودن ، گیرایی بالا و خود تراکمی را از ویژه‌گی‌های این بتن جدید عنوان کرد و افزود: مقاومت بلوک‌های ساخته شده از این نوع بتن ‪ ۸۰درصد بیشتر از بلوک‌های سبک فعلی مورد مصرف در بازار است. وی، شناور ماندن سازه ساخته شده از این نوع بتون در سطح آب به علت وزن کم آن در مقایسه با وزن آب را از دیگر ویژه‌گی‌های خاص بتون ساخته شده جدید ذکر کرد.

زندی، قیمت تمام شده سازه‌های ایجاد شده از این نوع بتن را ‪ ۲۰درصد بیشتر از بتن‌های معمولی اعلام کرد و در عین حال یادآور شد هزینه احداث یک سازه سه تا ده طبقه با استفاده از این نوع بتن به شرط استفاده مداوم، ‪۳۰ تا ‪ ۷۰درصد ارزانتر است.

وی بیشترین کاربری این نوع بتن را در ایجاد کانال‌های رسوبی، تعمیرات سدسازی و ساخت کانال‌های آب عنوان کرد.

لیکا بتن سازه ای

کشور ایران از مناطق زلزله خیز جهان محسوب می شودو بحث سبک سازی ابنیه جهت افزایش مقاومت در برابر زلزله از اهمیت بخصوصی برخوردار می باشد. استفاده از بتن به عنوان یکی از پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در ابنیه سازه ای همواره دارای مشکل سنگینی بوده است.

بتن های سبک سازه ای بتن هایی هستند که علی رغم دارابودن چگالی کمتر از 2000 کیلوگرم بر مترمکعب، مقاومت فشاری بیش از 17 مگا پاسکال دارند. ساخت این بتن ها صرفا" با استفاده از سبکدانه های مقاوم و سبک امکان پذیر است. بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولا" وقتی حاصل می شودکه از سبکدانه های سازه ای که مقاومت آن برابر یا بیشتر از مقاومت ماتریکس سیمان باشد برای سبک سازی بتن استفاده گردد.

شرکت لیکا در سال 1385 با تغییر فرآوری موفق به تولید سبکدانه سازه ای در ایران شده است. تحقیقات علمی تکمیلی در مورد محصول فوق در حال انجام شدن می باشدو جهت کاربرد گسترده، دوره انتظار جهت گرفتن تاییدهای فنی را طی می نماید.

غیر سازه ای

بتن های سبک با مقاومت کمتر از 7 مگاپاسکال در رده بتنهای سبک غیظ سازه ای طبقه بندی می شوند. این نوع بتن‌ها با وزن مخصوصی معادل 800 کیلوگرم بر مترمکعب و کمتر، به عنوان تیغه‌های جداساز و عایق‌های حرارتی و صوتی در کف بسیار مؤثر هستند. این نوع بتن می‌تواند در ترکیب با مواد دیگر در دیوار، کف و سیستم‌های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد.اضافه کردن ریزدانه‌هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن می شود،لیکن به منظورحصول خواص عایق‌بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت کم)، حداکثر وزن مخصوص به 800 کیلوگرم در مترمکعب محدود می‌گردد. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غیرسازه‌ای، سعی بر این است که با کاهش وزن بتوان خصوصیات عایق حرارتی را افزایش داد، اما ذکر این مطلب ضروری است که باکاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نیز کاهش می‌یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، مقاومت زیادتری مورد انتظار است. با توجه به مقاومت به دست آمده از این نوع بتن، محل کاربرد آن تعیین می گردد

 سبک سازی ساختمان

چکیده برای ساختن اسکلت یک ساختمان کوتاه مرتبه، پانل های متشکل از دولایه شبکه آرماتوربندی که با میلگردهای زیگزاگی شکل به هم وصل می شوند، مورد استفاده قرار می گیرند. با قرار دادن یک لایه فوم بین دو سطح شبکه سطح، در حین اجرا، عملیات پاشیدن بتن (شاتکریت) به راحتی از دو طرف بر روی سطوح انجام می شود. کاربرد چنین پانل های سبکی، می تواند وزن سازه را به حدود نصف کاهش دهد. بارگذاری جانبی یک طرف وارده به نمونه آزمایشی با مقیاس 2/1 اندازه واقعی با استفاده از مصالح و روش ساخت مذکور نشان داده که بار نهایی می تواند چند برابر بیشتر از بار طراحی بوده و همه تغییر مکان های نسبی مورد نیاز نیز به خوبی تامین شوند. نتایج آزمایش های دو بعدی بر روی پنل های ساخته شده با مصالح مشابه، نخست خلاصه شده و سپس در تئوری پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفته است.

مقدمه

شبکه های سیمی دولایه که به روش خاصی ساخته شده و بین آن ها از یک لایه فوم استفاده گردیده، برای تقویت قاب های بتن مسلح آسیب دیده به کار رفته اند (شکل 1a) و یا در ساخت سازه های کوتاه مرتبه استفاده شده اند (تصویر 1 تا 5). مقاطع جانبی و قائم از پانل ها که با مصالح خاص ساخته می شوند در شکل 2b داده شده است. بعد از نصب لایه ها و قراردادن پانل در جای خود، دو طرف پانل های بتن پاشی می گردد (شکل 5). تکنیک های متعددی برای اتصال قاب آسیب دیده به دیافراگم پانل ها به کار گرفته و آزمایش شده است. شکل 1b نتایج منحنی های هیسترزیس بارگذاری را نشان می دهد. برای آشنایی با جزئیات این بررسی به مرجع شماره {2} رجوع شود. منحنی E در شکل 1bمتعلق به قاب بتن مسلح است که در معرض همان شرایط تغییر مکانی قبل از نصب دیافراگم ها قرارداده شده است. منحنی B به صورت تحلیلی از تفاضل منحنی E از منحنی A (با همان ساختار وشکل پانل های استفاده شده در سازه سه بعدی مطالعه شده در این مقاله) به دست می آید. از منحنی B که به صورت مستقل در شکل 1cدیده می شود به صورت تقریبی می توان رابطه بین تنش های برشی و تغییر شکل های برشی را به دست آورد، که به صورت جداگانه در شکل 1dآمده است. روشی که در این قسمت به کار رفته توسط دو معادله در همان شکل خلاصه شده است. شیب نزولی منحنی مزبور در محاسبات تئوری به کار نرفته و در عوض از شیب صفر استفاده شده است. تاثیر و بازدهی دیافراگم های اضافه شده بر روی مقاومت و سختی جانبی قاب آسیب دیده به راحتی با مقایسه شیب ها در ابتدا و در نقاط انتهایی که به هم می رسند دیده می شود.  

نمونه آزمایش

یک نمونه سه بعدی با مقیاس 2/1 با استفاده از سیستم پانل های شبکه آرماتورگذاری سبک در آزمایشگاه ساخته شد که بعد به کمک بتن پاشی در محل به صورت دیوارهای سازه ای در آمدند. طرح کلی، مقاطع و نیز جزئیات پانل های شاتکریت شده به طور شماتیک در شکل 2 داده شده است. مهار نمودن نمونه به پی گسترده (که به نوبه خود به کمک پیچ های پر مقاومت پس کشیده شده به کف آزمایشگاه متصل شده است)، اتصالات پانل ها، جزئیات آرماتورگذاری اطراف بازشو در دیوارها و نیز مراحل مختلف ساخت نمونه مورد نظر در شکل های 1 تا 5 داده شده است. این نمونه مدل کوچک شده یک سازه واقعی است که مورد بررسی قرار گرفته است. عایق حرارتی خیلی خوب، وزن کل کاهش یافته و سرعت بالای ساخت، از امتیازات اصلی این روش ساخت می اشد. قبل از آماده ساختن نمونه سه بعدی، آزمایش های مقدماتی مثل: آزمایش بارگذاری محوری بر روی پانل ها {1}، بارگذاری تناوبی در صفحه پانل ها {2} و بارگذاری خارج از صفحه پانل ها {3}، بر روی پانل های مشابه در آزمایشگاه انجام گرفت.با توجه به نتایج اولیه، رفتار شکل پذیرتر، ظرفیت جذب انرژی بیشتر، حاشیه ایمنی بالاتر و نیز وقوع خسارات موضعی قابل تعمیر در عوض شکست های کلی انتظار می رود. مدل مورد نظر برای نیروی برشی پایه 26KNکه متناسب با %25 وزن کل سازه است و ضوابط آیین نامه جدید زلزله ترکیه سال 1998 {4} را تامین می کند، طراحی شده است. از میلگرد به قطر 3mm برای شبکه بندی استفاده گردید که بدون تغییر شکل های اولیه و در دوراستای افقی و عمودی در فواصل 10cm از یکدیگر جوش شدند. مقاومت حد جاری شدن این میلگردها حدود 500MPa می باشد. آزمایش های نمونه استوانه ای شکل نشان می دهد که متوسط مقاومت فشاری بتن شاتکریتی حدود 14MPaمی باشد. آزمایش نمونه استوانه ای به اندازه کافی برای بررسی کیفیت بتن شاتکریتی مناسب تشخیص داده شد {5}. برپایی دستگاه آزمایش دو جک هیدرولیکی دو جهته با ظرفیت 300KN در وضعیت افقی بین نمونه آزمایش و دیوار بتن آرمه تکیه گاهی قرارداده شد. بار جانبی کل به دو قسمت مساوی در ابتدا تقسیم شده و سپس هر یک از نیروها به دو بخش تقسیم می گردد. به گونه ای که نیروی وارده به هر دیوار متناسب با سختی جانبی آن می باشد (عکس شماره6). سپس هر کدام از این بارها جانبی به کمک بازوهای صلیب بارگذاری در بالای نمونه ها و توسط اتصالات برشی که در داخل نمونه جاسازی شده در طول دیوارهای برشی انتقال می یابند. بدین ترتیب نیروهای متمرکز وارده به صورت بار گسترده یکنواخت به هر دیوار اعمال می گردد. نیروهای وارد بر دیوارها، در هر لحظه توسط نیروسنج ها اندازه گیری شده و لذا نیروی وارده به دیوار وسطی به راحتی از تفاضل نیروهای گرفته شده به وسیله دیوارها، از کل نیروهای وارده به نمونه ناشی از بار اعمال شده محاسبه می گردد. با استفاده از مجموعه دستگاه آزمایش، سعی شده تا پخش نیروهای جانبی مساوی با نیروهای اینرسی واقعی قابل انتظار در یک زلزله باشد. این فرض از آنجایی که سازه به طور نسبی صلب بوده و تا رسیدن به بار طراحی رفتاری الاستیک انتظار می رود، حداقل تا آن حد معتبر می باشد. فرض شده است که دیوارهای عمودی، بارهای برشی چندانی تحمل نمی کنند. تغییر مکان های در صفحه و خارج صفحه هر دو انتهای نمونه و نیز لغزش نسبی احتمال روی کف آزمایشگاه به صورت خودکار ثبت می گردد و منحنی های تغییر مکانی به دست می آیند (شکل3). متوسط مقادیر ثبط شده توسط تغییر مکانسنج ها و کل بار جانبی برای رسم شکل 3 به کار رفته اند. لغزش نمونه تغییر مکان های خارج از صفحه، مقادیر ناچیزی مشاهده شدند. اگر چه بارهای جانبی اعمال شده در طول آزمایش به حدود 10 برابر تراز بار طراحی رسید، به خاطر محدودیت های دستگاه بارگذاری دستیابی به ظرفیت نهایی بار سازه ای ممکن نشد. شایان ذکر است که حتی در تراز بار حداکثر، تنها ترک های جزیی و مویی مشاهده گردید و اثری از شکست و گسیختگی موضعی دیده نشد. نتیجه گیری نمونه ای با 1/2 مقیاس واقعی که از اعضای پانل ساندویچی با اتصالات مناسب تشکیل شده و در محل بتن پاشی گردید، تحت بارگذاری جانبی یکطرفه در آزمایشگاه قرار گرفت. با وجودی که بارهای جانبی به حدود 10 برابر تراز بارهای طراحی افزایش یافت، ولی فقط ترک های جزیی باریکی بر روی سطوح مشاهده گردید وهیچ گونه شکست موضعی خاصی دیده نشد. موضوع جالب اینکه هیچ گونه جدایی و ناپیوستگی بین دولایه دیوارها به وجود نیامد. نتایج این تحقیق مشان می دهد که در صورت رعایت ضوابط خاص اعضای پانل ساندویچی با اتصالات مناسب و شاتکریت با شرایط و ضخامت صحیح به جای ساختمان های بنائی از روش مذکور می توان در ساختمان های کوتاه مرتبه بهره جست

مهندسین و معماران سازنده ساختمان در دنیا با استفاده از بتن سبک در قسمت های مختلف بنا با سبک کردن وزن ساختمان به طور مستقیم ( به لحاظ سبکی ویژه این نوع بتن ) و صرفه جویی در مصرف انرژی بطور غیر مستقیم ( به لحاظ عایق بودن این نوع بتن در مقابل سرما و گرما و در نتیجه کاهش میزان مواد سوختی ) , از لحاظ اقتصادی امروزه گام های بلند و مهمی برداشته اند . خانم مهندس آزاده شفاعی د ر مقاله ای به معرفی فوم بتن ( بتن کفی ) و ذکر خواص ویژه آن پرداخته اند. ایشان در این مقاله می نویسد: فوم بتن مصالحی است جدید که برای مصارف مختلف در ساختمان بکار می رود.باید اشاره کرد خواص فیزیکی منحصر به فرد این محصول ، آن را بتنی سبک و عایق با مقاومت لازم و کیفیت مطلوب می نماید . این محصول از ترکیب سیمان , ماسه بادی (ماسه نرم ) , آب و فوم ( ماده شیمیائی تولید کننده کف ) تشکیل می شود . ماده کف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص , با سرعت زیادی , حباب های هوا را تولید و تثبیت نموده و کف حاصل که کاملا پایدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سیمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط کن ویژه , خمیری روان تشگیل می دهد که به صورت درجا با در قالب های فلزی یا پلاستیکی قابل استفاده می باشد .لازم به ذکر است این خمیر پس از خشک شدن با توجه به درصد سیمان و ماسه بادی دارای وزن فضایی از 300 الی 1600 کیلو گرم در متر مربع خواهد بود . گفتنی است ویژگی های عمده فوم بتن را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:: ۱-عامل اقتصادی : سبکی وزن با مقاومت مطلوب فوم بتن یا توجه به نوع کاربرد آن , بطور کلی به لحاظ اقتصادی مخارج ساختمان را میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد ۲- سهولت در حمل و نقل و نصب قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته با فوم بتن هزینه کمتری را نسبت به قطعات بتنی دربرداشته و نصب قطعات بعلت سبکی آنها . بسیار آسان می باشد ۳- خواص فوق العاده عایق بودن در مقابل گرما , سرما و صدا : فوم بتن به علت پائین بودن وزن مخصوص آن یک عایق موثر در مقابل گرما , سرما و صداست . ضریب انتقال حرارتی فوم بتن بین65 0/0 تا (435/0 k cal / m2 hc می باشد ( ضریب هدایت حرارتی یتن معمولی بین 3/1 تا 7/1 واحد ۴- خصوصیات عالی در مقابل یخ زدگی و فرسایش ناشی از آن و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت و آب : نظر به اینکه فوم بتن در قشرهای سطحی دارای تخلخل فراوان می باشد در نتیجه شکاف های موئین و و درزهای کمتری در سطح ایجاد می شود و اگر پوشش فوم بتن با ضخامت کافی مورد استفاده قرار گیرد در مقابل خطر نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبی خواهد داشت . ۵- مقاومت فوق العاده در مقابل آتش : مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده می باشد .

０- قابل برش بودن : به دلیل قابل برش بودن با اره نجاری و میخ پذیر بودن آن . کارهای سیم کشی و نصب لوازم برقی و تاسیسات خیلی سریع و به راحتی قابل عمل خواهد بود . شایان ذکر است از کاربرد فوم بتن در ساختمان می توا د به موارئد زیر اشاره کرد: ۱- شیب بندی پشت بام ۲- کف بندی طبقات ۳- بلوک های غیر بار بر سبک ۴- پانل های جدا کننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص
بتن سبک تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال 1756 میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که 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 کشور ما نیز از سال 1312 با احداث کارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع کشور ، امروزه در حدود 26 الی 30 میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد . با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در کارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در کشورمان پیدا کرد . یکی از روشهای ساختمان سازی که امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است . بعد از انقلاب اسلامی به علت کمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در کشور ، کاربرد 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 امکان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشکله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند که 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 در باره 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 بدلائل زیر آنرا در درجه دوم و یا سوم کیفیت قرار می دهد . الف : وجود گرد و غبار ب : عدم شستشو ج : دانه بندی نا صحیح 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
4- 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 بار بر ساختمان
- بتن مصرفی در دیوارهای غیر بار بر
- 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 . در جدول ( 1 ) خواص انواع بتن های سبک که با این سنگدانه ها ساخته می شوند نشان داده شده اند : 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 .

---

بالا رفتن اسلامپ به افزایش استعداد جداشدگی منجر می شود . کاهش میزان عیار سیمان و مواد سیمانی و چسباننده میتواند بشدت باعث افزایش استعداد جداشدگی گردد . اختلاف وزن مخصوص ( چگالی ) ذرات سبکدانه با خمیر سیمان و یا اختلاف چگالی ذرات ریزدانه و درشت دانه به بالا رفتن استعداد جداشدگی منجر می گردد . بالا رفتن نسبت آب به سیمان به افزایش پتانسیل جداشدگی می انجامد . درشت تر شدن بافت دانه بندی سنگدانه ها معمولا" امکان جداشدگی را افزایش می دهد . وجود مواد ریز دانه و چسباننده مانند پوزولان و میکروسیلیس و سرباره ها می تواند باعث کاهش استعداد جداشدگی بتن سبکدانه گردد ، همچنین بکارگیری مواد حبابزا و ایجاد حباب هوا میتواند جداشدگی و آب انداختن را کاهش دهد ضمن اینکه روانی و کارآئی مورد نظر تأمین میگردد . از عوامل خارجی می توان حمل نامناسب ، ریختن غلط ، استفاده از شوت های طولانی و یا شیب نامطلوب ، برخورد بتن با قالب و میلگردها ، ریختن بتن از ارتفاع زیاد بدون لوله و قیف هادی و یا بدون پمپ معمولا" به جداشدگی منجر میشود . بخاطر حساسیت جداشدگی در این بتن ها باید دقت بیشتری را اعمال نمود . باید دانست نتیجه جداشدگی در بتن سبکدانه نیز از نظر مقاومتی و دوام بمراتب حادتر و مضرتر از بتن معمولی است . اصل عدم آلودگی بتن به مواد مضر : در طول حمل و ریختن و تراکم نباید مواد مضر اعم از مواد ریزدانه رسی ( گل و لای ) ، مواد شیمیایی شامل چربی ها و مواد قندی یا انواع مختلف نمکها و آب شور و غیره با بتن مخلوط شود . مخلوط شدن موادی همچون گچ نیز توجیه ندارد . بهرحال در این رابطه هیچ تفاوتی بین بتن معمولی و سبکدانه سازه ای وجود ندارد .
اصل عدم کارکردن با بتن در مرحله گیرش : اگر عملیات بتن ریزی با بتنی که در مرحله گیرش است انجام گیرد مقاومت و دوام آن بشدت کاهش می یابد و نفوذپذیری آن زیاد میشود . از این نظر بتن مانند ملات گچ زنده است که اگر آن را مرتبا" بهم بزنیم و ورز دهیم تبدیل به ملات گچ کشته میشود که بشدت کم مقاومت و کم دوام است ، هرچند گیرش آن به تأخیر می افتد و یا اصلا" خود را نمی گیرد و صرفا" خشک می شود . بهرحال نباید بتن را در هنگامی که در شرف گیرش است مخلوط نمود و یا ریخت و متراکم کرد . از این نظر بین بتن سبکدانه و بتن معمولی اختلافی احساس نمی گردد . مسلما" در هوای گرم و یا بتن با دمای زیاد ، گیرش زودتر حاصل میشود . زمان گیرش تابع نوع سیمان ( جنس و ریزی ) ، نسبت آب به سیمان و وجود مواد افزودنی می باشد . برای افزایش زمان گیرش و ایجاد مهلت برای عملیات اجرائی می توان از بتن خنک ، کار در هنگام خنکی هوا یا شب ، سیمانهای کندگیر کننده استفاده نمود .
اصل پیوستگی و تداوم بتن ریزی ( عدم ایجاد درز سرد در بین لایه ها ( : اگر در هنگام بتن ریزی به هر علت ، لایه زیرین قبل از ریختن و تراکم لایه روئی گیرش خود را انجام داده باشد درز سرد Cold Joint بوجود می آید . در این رابطه فرقی بین بتن سبکدانه و معمولی وجود ندارد . باید با تجهیز مناسب کارگاه ، افزایش توان تولید و حمل در ریختن و تراکم بتن ، افزایش زمان گیرش بتن و یا ایجاد درزهای اجرائی مناسب و کاهش سطح بتن ریزی و یا کاهش ضخامت لایه ها امکان ایجاد درز سرد را به حداقل رساند .

تراکم صحیح بتن سبکدانه : از آنجا که بتن های سبکدانه بشدت در معرض جدا شدگی هستند ، تراکم با قدرت زیاد و یا مدت بیش از حد مشکلات جدی را بوجود می آورد . به محض اینکه احساس می نمائیم که شیره یا سنگدانه ها شروع به روزدن می نمایند باید تراکم را قطع کرد . لرزش ، بیش از فشار و ضربه میتواند موجب جدا شدگی گردد. به هر حال باید کاملا" هوای بتن خارج و فضای خالی به حداقل برسد تا مقاومت و دوام کافی ایجاد گردد.
پرداخت سطح بتن سبکدانه : آب انداختن بتن همواره مشکل بزرگی در پرداخت نهائی سطح بتن می باشد و این امر اختصاص به بتن سبکدانه ندارد . خوشبختانه به دلیل جذب آب تدریجـــی توسط سبکدانه ها ، آب انداختن میتواند به کمترین مقدار برسد اما اگر سبکدانه ها قبل از اختلاط کاملا" اشباع شده باشد امکان آب انداختن بیشتر می گردد . کم بودن عیار سیمان و مواد چسباننده سیمانی ، فقدان مواد ریزدانه ، عدم وجود حباب هوا در بتن ، درشتی بافت دانه بندی ، افزایش حداکثر اندازه سبکدانه ، گردگوشه گی سنگدانه ها و بافت صاف سطح سنگدانه ، بالا بودن اسلامپ ، زیادی نسبت آب به سیمان و ... میتواند موجب افزایش آب انداختن شود . وقتی بتن آب می اندازد باید اجازه داد آب تبخیر گردد و اگر تبخیر به سرعت میسر نمی گردد یا نگران گیرش هستیم باید سعی کنیم آب روزده را با وسیله مناسبی ( گونی یا اسفنج ) از سطح پاک نمائیم و سپس سطح را با ماله چوبی و بدنبال آن با ماله فلزی یا لاستیکی صاف کنیم . عدم رعایت این نکات موجب افزایش نسبت آب به سیمان در سطح و کاهش مقاومت و دوام و افزایش نفوذپذیری بتن سطحی می گردد .
عمل آوری بتن و سبکدانه : هر چند عمل آوری رطوبتی و حرارتی بتن سبکدانه با بتن معمولی تفاوت چندانی ندارد اما اعتقاد بر این است که سبکدانه ها بعلت پوکی و تخلخل و جذب آب میتوانند در صورت فقدان عمل آوری رطوبتی از ناحیه اجرا کنندگان ، بخشی از آب خود را در اختیار خمیر سیمان قرار دهند و توقف شدیدی در هیدراسیون سیمان رخ ندهد . این امر را عمل آوری داخلی بتن سبکدانه می گویند .

کنترل کیفی بتن سبکدانه : کنترل کیفی بتن سبکدانه شامل بتن تازه و سخت شده است . کنترل روانی ، وزن مخصوص و هوای بتن از مهمترین کنترلهای بتن تازه است . استفاده از آزمایش اسلامپ ، میز آلمانی ( روانی ) و درجه تراکم برای این بتن ها پیش بینی شده است . وزن مخصوص بتن تازه سبکدانه متراکم معمولا" کنترل می شود و در آئین نامه های مختلف اختلاف 2 تا 3 درصد مجاز شمرده میشود ( نسبت به طرح اختلاط ) . هوای بتن را برای بتن سبکدانه نمیتوان بکمک روش فشاری بدست آورد و حتما" باید از روش حجمی بهره گرفت . برای بتن سبکدانه سخت شده ، وزن مخصوص ، مقاومت فشاری ، کششی خمشی و نفوذپذیری ، جذب آب ، جذب موئینه و آزمایشهای دوام در برابر خوردگی قابل کنترل است . وزن مخصوص بتن سخت شده سبکدانه بصورت اشباع و خشک اندازه گیری میشود و گاه بجای خشک کردن از جمع زدن مقادیر اجزاء در هر متر مکعب و افزودن مقداری رطوبت ثابت به آن ، وزن مخصوص بتن سخت شده را بدست می آورند . برای تعیین مقاومت فشاری و سایر پارامتر ها تفاوت چندانی بین بتن سبکدانه و معمولی وجود ندارد و شباهت جدی و کامل بین آنها وجود دارد . بهرحال ممکنست در مواردی نتایج حاصله در مقایسه با بتن های معمولی گمراه کننده باشد . مثلا" اگر جذب آب بتن سبکدانه را بصورت درصد وزنی گزارش کنیم و آنرا با جذب آب بتن معمولی مقایسه نمائیم دچار اشتباه میشویم و لذا توصیه میشود جذب آب بتن بصورت درصد حجمی گزارش گردد .
بتن فاقد ریزدانه ( Concrete finez – No ) : اگر سنگدانه های درشت تک اندازه را با سیمان و آب مخلوط کنیم و در قالب بدون تراکم بریزیم بتن فاقد ریزدانه و متخلخل بدست می آید که از وزن مخصوص کمتری نسبت به بتن معمولی برخوردار خواهد بود . اگر چگالی سنگدانه ها در حدود معمولی باشد وزن مخصوص بتن فاقد ریزدانه حدود 1600 تا kg/m3 2000 بدست می آید اما اگر از سبکدانه درشت استفاده نمائیم ممکنست وزن مخصوص بتن حاصله از kg/m3 1000 کمتر شود ( حتی تا حدود kg/m3 650 ) . بهرحال در هر مورد بتن مورد نظر سبک یا نیمه سبک تلقی می شود اما اگر سنگدانه معمولی استفاده شود نمیتوان آنرا بتن سبکدانه دانست . مسلما" اگر سنگدانه تک اندازه بکار نرود و حاوی ذرات ریز تا درشت باشد وزن مخصوص بتن حاصل نیز زیاد خواهد شد . سنگدانه درشت مصرفی باید 20-10 میلی متر باشد و 5 درصد ذرات درشتر و 10 درصد ذرات ریزتر در این نوع سنگدانه تک اندازه (Singl Size) مجاز است اما بهرحال نباید ذرات ریزتر از 5 میلی متر در آن مشاهده گردد . سنگدانه درشت بهتر است پولکی و کشیده و یا بسیار تیزگوشه نباشد . سنگدانه های گرد گوشه یا نیمه شکسته برای تولید این بتن ارجح است . ساختار بتن فاقد ریزدانه دارای تخلخل ظاهری است و حفرات موجود در بتن با چشم براحتی دیده می شود که در این مجموعه خمیر سیمان باید صرفا" تا حد امکان سنگدانه ها را بهم چسباند و از پر کردن فضاها با خمیر سیمان پرهیز شود زیرا وزن مخصوص بالا خواهد رفت . وجود خمیر سیمان با ضخامت حدود 1 میلی متر بر روی سنگدانه ها کاملا" مناسب است . اگر سنگدانه معمولی بکار رود معمولا" مقدار شن اشباع تک اندازه بین 1400 تا 1750 کیلوگرم می باشد . حجم اشغالی ذرات شن در حدود 550 تا 700 لیتر در هر متر مکعب است . وزن سیمان مصرفی بین 75 تا 150 کیلو در متر مکعب یا بیشتر است که حجم آن حدود 25 تا 50 لیتر می باشد . معمولا" نسبت آب به سیمان مصرفی 4/0 تا 5/0 می باشد که افزایش آن می تواند به شلی خمیر سیمان و روانی آن منجر شود که موجب جداشدگی و پرشدن خلل و فرج می گردد و بتن مورد نظر حاصل نمی شود . با کاهش نسبت آب به سیمان چسبندگی لازم بوجود نمی آید و از نظر اجرائی دچار مشکل می شویم . نسبت وزنی سیمان به سنگدانه تا می باشد . همانطور که از محاسبات فوق بر می آید فضای خالی این بتن ( پوکی ) بین 25 تا 40 درصد می باشد و ابعاد این فضاها نیز بزرگ است درصد جذب آب بصورت وزنی حدود 15 تا 25 درصد است . طبیعتا" با افزایش مقدار سیمان و آب و یا مصرف شن با دانه بندی پیوسته ( Graded Size ) وزن مخصوص بتن بیشتر خواهد شد . توصیه می شود شن ها قبل از مصرف خیس و اشباع گردند .

---

این روش برای بتن معمولی ، نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در این حالت تعیین مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفیت جذب آب آنهاست . علاوه بر آن عملا" یک اشکال مفهومی نیز در این حالت وجود دارد و آن اینکه آیا اصولا" در هنگام ریختن و گیرش بتن ، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسیده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعیین حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خیلی زیاد است . استفاده از این روش بویژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تأمل است مگر اینکه از یک چگالی یا وزن دیگر با توجه به جذب آب واقعی در این حالت استفاده نمود که روش بسیار دقیقی حاصل می گردد . امروزه سعی شده است با این روش به طرح اختلاط مناسب دست یافت . مثلا" در روش های اروپائی که این مشکل وجود دارد سعی می شود از جذب آب و چگالی نیم ساعته ، 1 ساعته یا 2 ساعته و حتی 4 ساعته استفاده گردد. آنچه در اینجا اهمیت دارد آنست که در هنگام گیرش نسبت آب به سیمان واقعی چقدر است و با دانستن اینکه آبهای موجود در بتن ، در سنگدانه یا خمیر سیمان است به این نتیجه رسید که آب آزاد واقعی چیست و چقدر می باشد . مسلما" کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل 15 دقیقه یا 30 دقیقه تعیین می کنند . این امر مستلزم آنست که رژیم جذب آب سبکدانه را بدانیم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنیم .
2. روش حجمی ( Volumetric ) : در روش حجمی از یک مخلوط آزمون با مقادیر تخمینی استفاده می شود ( آب ، سیمان ، سنگدانه ریز و درشت ) . پس از ساخت مخلوط آزمون و انجام آزمایشهای لازم مانند : اسلامپ ، درصد هوا و وزن مخصوص بتن تازه و مشاهده قابلیت تراکم ، ماله خوری و کارآئی ، خصوصیات دیگر نیز می تواند در زمانهای بعد بدست آید ( مثل مقاومت و ..... ) . اما پس از ساخت بتن و اندازه گیری وزن مخصوص بتن تازه ، با توجه به وزن مصالح مورد استفاده در ساخت بتن ، حجم بتن حاصله تعیین می شود . حجم محاسباتی بتن نیز قبلا" مشخص شده است و لذا و اصلاح در مخلوط برای یکی شدن این ها صورت می گیرد . مسلما" باید اهداف مقاومتی و دوام نیز تأمین گردد . در اینجا نیز مشکل چگالی ذرات و جذب آب وجود دارد که معمولا" رطوبت و چگالی موجود مد نظر قرار می گیرد . لازم به ذکر است که این روش برای بتن های نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه کاربرد دارد. همچنین در این روش از حجم سنگدانه ها بصورت شل استفاده می گردد .
3. روش وزنی یا فاکتور چگالی ( Weight Method or Specificgravity factor Method ) : این روش صرفا" برای سبکدانه درشت و ریز دانه معمولی کاربرد دارد یعنی صرفا" برای بتن نیمه سبکدانه مورد استفاده قرار می گیرد . در این روش از فاکتور چگالی بجاب چگالی ذرات سبکدانه استفاده می شود . فاکتور چگالی تعریف خاصی است که فقط در ACI 211.2 ( در ضمیمه A ) آمده است و با تعریف چگالی تفاوت دارد . S فاکتور چگالی بصورت زیر می باشد. C وزن سبکدانه ( خشک یا مرطوب ) و B وزن پیکنومتر پر از آب و A وزن پیکنومتر پر از آب و سبکدانه می باشد. بنابراین در این تعریف وضعیت رطوبتی مشخص نیست و میتواند از حالت خشک تا کاملا" اشباع انجام شود اما باید وضعیت رطوبتی در هر مورد گزارش شود یعنی بگوئیم فاکتور چگالی برای سبکدانه ای با رطوبت معین برابر S می باشد . با توجه به روند معمولی طرح اختلاط امریکائی ، مقدار آب آزاد ، نسبت آب به سیمان ، مقدار سیمان ، وزن سبکدانه درشت خشک و مرطوب بدست می آید که در این رابطه مدول زیری ماسه و حداکثر اندازه سنگدانه ها و کارآئی مورد نیاز کاربرد دارد . جذب آب سبکدانه می تواند طبق دستورهای استاندارد موجود و یا ضمیمه B مربوط به ACI 211.2 مشخص شود که بر این اساس آب کل بدست می آید . در این روش نیز باتوجه به وزن یک متر مکعب بتن مقدار ماسه بدست می آید و بتن مورد نظر با اصلاحات رطوبتی ساخته شده و حک و اصلاح لازم بر روی مقادیر بدست آمده صورت می گیرد تا بتن مطلوب حاصل شود . کاربردهای بتن سبک همانطور که می دانیم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود ، مثلا" سازه ای و غیر سازه ای . از این نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی دیگری استفاده می نمائیم مثل بتن سبکدانه ، بتن اسفنجی و بتن فاقد ریز دانه . در این نوع طبقه بندی ظاهرا" نمی توان کاربردها را حدس زد .
• ساخت قطعاتی است که صرفا" جنبه پر کننده دارند . در نوع سازه ای نیز دو نوع بتن داریم : مسلح و غیر مسلح . مثلا" اجزاء سازه ای غیر مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را باید از این جمله موارد دانست . بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبیه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پیش تنیده هم باشد . جالب است بدانیم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا" در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال 1918 تا 1922 بکار رفته است . کشتی Atlantus به وزن 3000 تن در سال 1918 و کشتی Selmaبه وزن 7500 تن و طول 132متر در سال 1919 به آب افتادند . همچنین در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدلیل محدودیت هائی در تولید ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول ) کشتی ها و بارج های زیادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا" سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود . 24 کشتی اقیانوس پیما و 80 بارج دریائی تا پایان جنگ جهانی دوم در امریکا ساخته شد که ظرفیت آنها از 3 تا 000/ 140 تن بود . جالب است بدانیم تا این اواخر یک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود ، شناور بود و آزمایشهای ارزشمندی نیز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی میلگردها و کربناسیون می باشد . مخازن شناور آب و مواد نفتی از جمله موارد استفاده بتن سبکدانه ای مسلح در طول دوران جنگ جهانی اول و دوم بوده است که ظاهرا" بعدها نیز بر خلاف ساخت کشتی ها ، تولید و ساخت آنها ادامه یافته است اما بدلیل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی ، تولید کشتی مقرون به صرفه نمی باشد . در سالهای 1950 و 1960 پل ها و ساختمانهای زیادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنیا ساخته شد . بطور مثال در ایالات متحده و کانادا بیش از 150 پل و ساختمان از این نوع مورد بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز امریکا ، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال 1929 از ساختمانهائی هستند که در دهه 20 و 30 میلادی ساخته شده اند . ساختمان 42 طبقه در شیکاگو ، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک ( 1960 ) ، فرودگاه Dulles واشنگتن در 1962 ، کلیسائی در نروژ در 1965 ، پلی در وایسبادن آلمان در 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در 1968 از جمله این موارد هستند . در هلند ، انگلستان ، ایتالیا و اسکاتلند در دهه 70 و 80 میلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند . مخازن عظیم گاز طبیعی ، اسکله شناور ، مخزن نفت در زیر آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نیمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی ، جایگاه تماشاچی در برخی استادیومها و همچنین سقف این استادیومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است . بزرگترین بنای بتن سبکدانه ، یک ساختمان اداری 52 طبقه در تکزاس با ارتفاع 215 متر می باشد. در هلند در سالهای 60 تا 73 میلادی 15 پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه 70 میلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه 80 بدلیل نیاز برخی شرکتهای نفتی در امریکا ، نروژ و مکزیک ، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 به بهره برداری رسید و نتایج آن منتشر شده است .
FIP ( fib ) برخی پروژه های مهم ساخته شده با بتن سبکدانه را منتشر نموده است که کاربرد آن را نجومی نشان می دهد . • بتن اسفنجی معمولا" بع دو نوع گازی و کفی تقسیم میشود . این نوع بتن هارا بتن پوک و متخلخل نیز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد . اغلببتن های گازی و کفی غیر سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابلیت سازه ای شدنو حتی مسلح شدن برخوردار می باشند . بتن های اسفنجی عمدتا" پر کننده هستند . ساخت برخی پانل های جداکننده ، ایجاد کف سازی و شیب بندی ، عایق های حرارتی و جاذبصوت از جمله موارد مورد استفاده بتن اسفنج غیر سازه ای است . تولید قطعات و بلوکهایساختمانی برای بنائی از جمله کاربردهای بتن گازی است . نوعی بتن گازی بنام سیپورکسدر سوئد ساخته شد که می توانست مسلح گردد و در ایران نیز مدتی قطعات بتنی مسلحسیپورکسی بکار رفت از جمله دالهای بتن مسلح پیش ساخته برای پوشش سقف از جنس سیپورکسدر برخی پروژه های کشور ما مصرف گشته است . قطعات نما از جنس بتن کفی و گازی یاسبکدانه غیر سازه ای نیز تولید و مصرف شده است . کاربردهای بتن فاقد ریزدانهنیز در مبحث جداگانه ای نیز ارائه شده است

بام سبز در مهندسی شهرسازی

مقدمه :

از آن جا که احداث بام سبز در برنامه ریزی شهری  بیشتر شهرهای پیشرفته جهان به صورت یک دستورالعمل اجرایی در ساختمان سازیدرآمده است،  لزوم استفاده از انرژی های پاک وتوجه به محیط زیست و ساکنان آن در گستره زمانی  نامحدو د ضروری به نظر می رسد.  امروزدر آلمان بطور تخمینی 10 %  از خانه ها دارای بام سبزند.  درشهر توکیو  برنامه توکیو 2000   در آوریل  2001 وارد عمل شد ، در این برنامه  فضای قابل استفاده  ساختمان های جدید  با متراژ بیش از 1000 متر مربع  باید دارای 20 % فضای سبز باشند.  بام سبز در برنامه ریزی شهری شمال آمریکا  در جاهایی مثل شیکاگو، پرتلند ، اورگن و تورنتو کانادا   موثر بوده  و  در نظر گرفته می شود. در شیکاگوجایی که 20000 فوت مربع  بام سبزدر بالای شهرداری آن قرارگرفته  قانون ذخیره سازی  انرژی  شیکاگو  در سال 2002  تصویب شد و مقرر گردید  ساختمان سازی جدید  باید دارای بام سبز یا بام انعکاسی  باشد. درونکوور افزایش جمعیت افزایش ناپایداری  در دو زمینه  مصرف  انرژی   و فاضلاب  است و متخصصین تشخیص داده اند  که تکنولوژی بام سبز  به حل این دو موضوع کمک خواهد نمود.

در سال های اخیر بیانیه ها و مقالات متعددی در زمینه اصول معماری سبز توسط محققان مختلف در سراسر دنیا به رشته تحریر درآمده است. اغلب این بیانیه ها با اختلاف اندک موضوعاتی را در زمینه تشویق طراحان به حفاظت از انرژی ونیز در نظر گیری ویژگی های محلی مکان و کار با کاربران ساختمان و جوامع اطراف آن تثبیت نموده اند. معماران انگلیسی، برندا و روبرت ویل در کتاب خویش با عنوان «معماری سبز: طراحی برای آینده ای آگاه از انرژی» یکی از ساده ترین و صریح ترین چارچوب ها را برای معماری سبز مطرح نموده اند. آن ها این اصول را با استفاده از مثال های مختلف از طراحی ساختمان در اروپا انگلستان و امریکا نشان داده اند. ایشان بر فراگیری از معماری بومی تأکید زیادی داشتند، معماری که در تجربه نسل های متمادی ساکن یک منطقه و اقلیم ویژه در آن نهفته است .
اطلاعات بیشتر در مورد اصول معماری سبز و نحوه اجرا آن در بسیاری از پایگاههای اینترنتی از جمله «موسسه آمریکایی کمیته معماران در موضوعات مختلف زیست محیطی» ( ()) شورای «ساختمان سازی سبز امریکا» ( ()) و در اروپا و انگلستان «منازل پایدار » ( ()) نیز وجود دارد. فرآیند سبز در معماری فرآیندی کهن میباشد، برای مثال از هنگامی که انسان های غار نشین برای اولین بار پی به این مسئله بردند که انتخاب غاری رو به جنوب از لحاظ دمای محیط بسیار مناسب تر از غاری می باشد که دهانه آن به سمت شمال است. موضوع جدید درک این مهم است که معماری سبز برای محیطهای مصنوع و انسان آفرینش بهترین فرآیند برای طراحی ساختمان هاست؛ به گونه ای که تمام منابع وارده به ساختمان، مصالح آن، سوخت یا اشیا مورد استفاده ساکنان، نیازمند پدید آوردن یک معماری پایدار هستند. بسیاری از ساختمان های موجود حداقل یکی از ویژگی های متعدد و قابل تشخیص معماری سبز را درون خویش دارند، با این حال،تنها تعداد اندکی از این بناها کل این فرآیند کامل را دارا می باشند.
بطور کلی فرآیند سبز اینگونه مطرح می شود که تمامی موضوعات به یکدیگر وابسته بوده و در هر تصمیم گیری باید تمامی جنبه های آن مورد بررسی قرار گیرد و بدین ترتیب،ایده بررسی اصول بصورت مجزا با آن در تضاد قرار می گیرد . در مجموع اصول گوناگونی در ایجاد هر نوع سازه مطرح است که نقاط مشترک فراوانی را برای بحث دارامی باشند،
با این حال موضوعات ارائه شده مجموعه ای از اصول مختلفی هستند که در نظر گرفتن آنها سبب ایجاد توازن و پدید آمدن معماری سبز خواهد شد . اصل اول : حفاظت از انرژی
هر ساختمان باید به گونه ای طراحی و ساخته شود که نیاز آن به سوخت فسیلی به حداقل ممکن برسد
ضرورت پذیرفتن این اصل در عصرهای گذشته بدون هیچ شک و تردیدی با توجه به نحوه ساخت و سازها غیر قابل انکار می باشد و شاید تنها به سبب تنوع بسیار زیاد مصالح و فن آوری های جدید در دوران معاصر چنین اصلی در ساختمان ها به دست فراموشی سپرده شده است و این بار با استفاده از مصالح گوناگون ویا با ترکیب های مختلفی از آنها، ساختمان ها، محیط را با توجه به نیاز های کاربران تغییر میدهند .
اشاره به نظریه مجتمع زیستی نیز خالی از لطف نمی باشد، که از فراهم آوردن سر پناهی برای درامان ماندن در برابر سرما و یا ایجاد فضایی خنک برای سکونت افراد سرچشمه می گیرد ، به این دلیل و همچنین وجود عوامل دیگر مردمان ساختمانهای خود را به خاطر مزایای متقابل فراوان در کنار یکدیگر بنا می کردند .
ساختمان هایی که در تعامل با اقلیم محلی و در تلاش برای کاهش وابستگی به سوخت فسیلی ساخته می شوند ، نسبت به آپارتمانهای عادی امروزی ، حامل تجربیاتی منفرد و مجزا بوده و در نتیجه ، به عنوان تلاشهای نیمه کاره برای خلـق مــعـــماری سبــز مطــرح می شوند. بسیاری از این تجربیات نیز بیشتر حاصل کار و تلاش انفرادی بوده؛ و بنابراین روشن است به عنوان اصلی پایدار در طراحی ها و ساخت و سازهای جامعه امروز لحاظ نمی گردد. اصل دوم : کار با اقلیم
ساختمان ها باید به گونه ای طراحی شوند که قادر به استفاده از اقلیم و منابع انرژی محلی باشند .
شکل و نحوه استقرار ساختمان و محل قرار گیری فضاهای داخلی آن می توانند به گــونــه ای باشد که موجب ارتقاع سطح آسایش درون ساختمان گردد و در عین حال از طریق عایق بندی صحیح سازه ، موجبات کاهش مصرف سوخت فسیلی پدید آید. این دو فرآیند مذکور ناگزیر دارای هم پوشانی و نقاط مشترک فراوان می باشند .
پیش از گسترش همه جانبه مصرف سوخت فسیلی ، چوب منبع اصلی انرژی به حساب می آمد که هنوز هم حدود 15 درصد از انرژی امروز را نیز تأمین می کند. هنگامی که چوب کمیاب و نایاب شد برای بسیاری از مردم امری طبیعی بود که در راستای کاهش نیاز به چوب ، برای تولید گرما از گرمای خورشید کمک بگیرند . شهرهای یونانی همچون «پیرنه» مکان شهر را به گونه ای تغییر دادند که از ورود سیل به شهر جلوگیری شود ، و شبکه ای مستطیل شکل با خیابانهای شرقی ـ غربی را احداث نمودند که به ساختمان ها اجازه جهت گیری به سمت جنوب و استفاده از نور مطلوب خورشید را می داد.
رومی ها نیز پیروی از اصول طراحی خورشیدی را با آموختن از تجربیات یونان ادامه دادند ؛ اما آنها پنجره های شفاف که اختراع قرن اول پس از میلاد بود را نیز برای افزایش گرمای بدست آمده بکار گرفتند، با افزایش کمبود چوب به عنوان سوخت ، استفاده از نمای رو به جنوب در ساخت منازل ثروتــمـنـدان و هـمـچنین حمامهای عـمومی شهـر نیز مـتـداول شــد .
سنت طراحی با توجه به اقـلـیـم بـرای ایجاد آسایش درون ساختمان به قوانین گرمایش محدود نمی شد بلکه در بسیاری از اقـلـیــم ها معماران ملزم به طـراحـی فـضایی خنک برای پدید آوردن شرایطی مطلوب در داخل ساختمان بود . راه حل معــمول درعـصـر حاضر ، یعنی استفاده از سیستم های تهویه مطبوع هوا ، تنها فرآیندی ناکار آمد در تقابل با اقلیم به شمار می رود و در عین حال همراه با مصرف زیاد انرژی می باشد ، که حتی به هنگام ارزانی و فراوانی انرژی به دلیل آلودگی حاصل از آن امری اشتباه بشمار می آید. اصول سوم : کاهش استفاده از منابع جدید
هر ساختمان باید به گونهای طراحی شود که استفاده از منابع جدید را به حداقل برساند و در پایان عمر مفید خود ، منبعی برای ایجاد سازه های دیگر بوجود بیاورد .
گر چه جهت گیری این اصل ، همچون سایر اصول اشاره شده به سوی ساختمانهای جدید است ، ولی باید یادآور شد که اغلب منابع موجود در جهان در محیط مصنوع فعلی بکارگرفته شده اند و ترمیم و ارتقاء وضعیت ساختمانهای فعلی برای کاهش اثرات زیست محیطی ، امری است که از اهمیتی برابر با خلق سازه های جدید برخوردار است . این نکته را نیز باید مورد توجه قرار داد که تعداد منابع کافی برای خلق محیط های مصنوع در جهان وجود ندارند که بتوان برای بازسازی هر نسل از ساختمان ها، مقداری جدید از آنها را مورد استفاده قرار داد .
این استفاده مجدد میتواند در مسیر استفاده از مصالح بازیافت شده یا فضاهای بازیافت شده شکل بگیرد، بازیافت ساختمان ها و عناصر درون آنها بخشی از تاریخ معماری است . صومعه سانتا الباس که در سالهای 1077 و 1115 میلادی بازسازی گردیده ، از آجرهای خرابه های یک ساختمان رومی در نزدیکی خود استفاده نمود. چارچوب های چوبی که در قرون وسطی به کار گرفته شدند ،قطعاتی چوبی بودند که بریده و در کارگاه نجاری به یکدیگر وصل شده و کد گذاری می شدند و آنگاه از هم جدا شده و به ساختمان ها انتقال داده می شدند. استفاده از این روش بدین معنی بود که در صورت لزوم می توان بخشهایی از ساختمان قرون وسطایی را جا به جا نموده ؛ حتی امروزه نیز می توان آنها را به مکانی دیگر منتقل کرد . گاهی اوقات کل سازه ساختمان به منظور بنا کردن ساختمانی جدید جابجا می گردید. برای مثال در هنگام ساخت موزه ویکتوریا و آلبرت در لندن، به ساختمان قبلی موجود در سایت دیگر نیازی نبود و در سال 1865 پیشنهاد واگذاری این ساختمان فلزی به مسئولان محلی شمال ، شرق و جنوب لندن با هدف برپایی یک موزه محلی در مکانی جدید ارائه گردید. مسئولان شرق لندن این پیشنهاد را پذیرفتند و ساختمان این موزه محلی در 1872 تکمیل گردید که امروزه این مکان به موزه کودکان بدل گردیده است.
در اغلب مواردی که دسترسی به منابع جدید به حداقل می رسد روش هایی کشف می شوند که با آن ها می توان ساختمان هایی که برای یک منظور ساخته شده اند برای مقاصد دیگر استفاده شوند، با این حال بعضی تغییرات ضروری می توانند باعث تغییر شکل اصلی سازه یا ساختمان شود. این موضوع برای کسانی که علاقمند به حفاظت و نگهداری دائمی از ساختمان ها هستند یک فاجعه به حساب می آید و این سوال در ذهن نقش می بندد که آیا یک ساختمان به این علت که زمانی دارای کاربری ارزشمندی بوده است باید همواره بدون تغییر باقی بماند یا باید برای حفظ بازدهی و کارایی تغییرات الزامی را در آن انجام داد؟ یک فرآیند سبز ممکن است در بررسی این موضوع قضاوت را تنها براساس منابع موجود ممکن بداند. اگر منابع مورد نیاز برای تغییر یک ساختمان کمتر از منابع مورد نیاز برای تخریب و بازسازی آن باشد باید از این تغییرات استقبال نمود. با این وجود این موضوع باعث عدم احترام و بزرگداشت اهمیت تاریخی سازه نمی شود. به علاوه ممکن است این سازه ها دارای ارزش دیگری نیز باشند که توجه به آن ها الزامی است. این مشکلات در تغییر ساختمان های موجود به منظور آماده ساختن آن ها برای هماهنگی با نیازهای جدید بخصوص در مورد بهبود وضعیت ساختمان از لحاظ عملکرد و کارایی که ممکن است به تغییر ظاهر آن منجر شود با تناقض و تضادهای بیشتری آشکار می شود. تغییر در بعضی از ساختمان های قدیمی برای کاربردی های جدید می تواند هزینه ها و مشکلات خاصی را با خود همراه داشته باشد. با این حال مزایای حاصل از استفاده مجدد از این ساختمان های بزرگ در کنار یکدیگر و درون یک محیط شهری می تواند بر این مشکلات و هزینه ها غلبه نماید. نوسازی ساختمان ها ی موجود در شهرهای بزرگ و کوچک همچنین می تواند موجب حفاظت از منابع مورد استفاده جهت تخریب و بازسازی ساختمان و بدین ترتیب جلوگیری از تخریب جامعه شود. اصل چهارم : احترام به کاربران
معماری سبز به تمامی افرادی که از ساختمان استفاده می کنند احترام می گذارد.
به نظر می رسد که این اصل ارتباط اندکی با آلودگی ناشی از تغییرات اقلیم جهانی و تخریب لایه ازن داشته باشد . اما فرآیند سبز از معماری که شامل احترام برای تمامی منابع مشترک در ساخت یک ساختمان کامل هستند انسان را از این مجموعه خارج نمی نماید. تمام ساختمان ها توسط انسان ها ساخته می شوند اما در بعضی از سازه ها حقیقت حضور انسان محترم شمرده می شود، در حالی که در برخی دیگر تلاش برای رد ابعاد انسانی در فرآیند ساخت مشاهده می شود.
در ژاپن تعدادی روبوت نقش انسان را در ایجاد و طراحی ساختمان ها بر عهده گرفته اند، اما برای یک روبوت کارآیی مؤثر در مورد پروژه ، شامل اجرای یک وظـیـفـه خـاص مــی باشد که می تواند آن را به دفعات تکرار کرد. اما در مقیاسی متفاوت یک انسان به عنوان معمار همچنان می تواند بر مهارت خود بر انجام تعداد بسیاری از کارهای نامرتبط اعتماد کند.
احترام بیشتر به نیازهای انسانی و نیروی کار، می تواند در دو مسیر مجزا مورد تجربه قرار گیرد. برای یک ساختمان ساز حرفه ای توجه به این نکـته ضرورت دارد که ایمنی و سلامت مصالح و فرآیند های شکل دهنده ساختمان به همان میزان که برای کارگران و یا استفاده کنندگان آن مهم است برای کل جامعه بشری نیز از اهـمـیت بـســزایی بـرخوردار می باشد. معماران به تدریج از وجود سم های مختلف در سایت های ساختمانی آگاه شده اند و به تازگی استفاده از مواد عایـق دارای انواع CFC و یا استفاده از سایر مصالح خطرناک در ساختمان ممنوع شده است.
شکل دیگر مشارکت انسانی که نیازمند توجه است، اشتراک و دخالت مثبت کاربران در فرآیند طراحی و ساخت است، که چنانچه به طور موثر بکار گرفته نشود یک منبع کارا و مفید به هدر رفته است. تعداد زیادی از ساختمان ها از این انرژی بهره برده اند و نتایج حاصل از آن نیز موجب رضایت در خلـق ساختمان های بزرگ شده است.
اصل پنجم : احترام به سایت
هر ساختمان باید زمین را به گونه ای آرام و سبک لمس کند.
معمار استرالیایی گلن مورکات این جمله عجیب را بیان می کند که: ساختمان باید زمین را به گونه ای آرام و سبک لمس کند. این گفته یک ویژگی از تعامل میان ساختمان و سایت آن را در خود دارد که برای فرآیند سبز امری ضروری است و البته دارای ویژگی های گسترده تری نیز می باشد. ساختمانی که انرژی را حریصانه مصرف می کند آلودگی تولید می کند و با مصرف کنندگان و کاربران خویش بیگانه است در نتیجه هرگز زمین را به گونه ای آرام و سبک لمس نمی کند.
تفسیری صریح تر از این گفته چنین است که نـمی توان هر ساختمان را از درون سایت ساخته شده در آن خارج نمود و شرایط قبل از ایجاد ساختمان را دوباره در سایت احیا کرد. این نوع ارتباط با سایت در سکونتگاههای سنتی اعراب بادیه نشین دیده می شود؛ سبکی و آرامش موجود در میان آن ها در لمس زمین فقط در جابجایی خانه ایشان نهفته نبود، بلکه شامل مصالح مورد استفاده ایشان و دارایی هایی که با خود حمل می کردند نیز می گردید. سیاه چادر اعراب بادیه نشین از پشم بزها ، گوسفندان و شتران ایشان تولید می شد، هنگامی که این چادر ها برپا می گردید با ایجاد سطح مقطع بسیار کارا از لحاظ ایرودینامیکی از تخریب آن در بادهای شدید جلوگیری می شد؛ چادر با طنابهای بلند در جای خود نگهداری و تیرهای چوبی بسیار اندکی در آن بکار گرفته می شد چرا که چوب در صحرا منبعی بسیار کمیاب بحساب می آمد.
در حالی که در جوامع شهری، زندگی بومی و سنتی خود را برای یکجا نشینی ترک کرده اند و معماران وارد عرصه طراحی شده اند، هنوز نیز برای ایجاد نمایشگاههای مختلف و دیگر فعالیت های فرهنگی نیازی مستمر به سازه های موقت وجود دارد. این قبیل سازه ها اغلب، شکل چادر بادیه نشینان را بخود می گیرد . طراحی صورت گرفته توسط معماران هلندی برای فستیوال 86 در سونسبیک ، این سازه برای حفاظت از مجسمه های شکستنی واقع در خارج ساختمان طراحی شده بود و به علاوه بادی به گونه ای طراحی می شد که به چشم نیاید. دراین سازه از چهارنوع مصالح یعنی بتن پیش ساخته برای پی ها ، شیشه های شفاف برای دیوارها و سقف فولاد برای خرپاها و اتصالات و سیلیکون رزینی برای اتصال صفحات شیشه به یکدیگر استفاده شد. باله های شیشه ای نیز به دیوارهای شیشه ای چسبانده شده بودند تا صلبیت بیشتری را ایجاد کند و همچنین مکانی را برای اتصال خرپاهای فلزی سبک حامل سقف شیشه ای فراهم نماید. کف ساختمان زمین عادی بود و برای جلوگیری از گل شدن فقط با چوب پوشانده شده بود. پس از پایان فستیوال این ساختمان دوباره از یکدیگر جدا گردید و پی آن نیز از محل خارج و خاک برداشته شده به جای خود بازگردانیده شد؛ بدین ترتیب زمین سایت بدون هیچ تغییری به وضعیت پیش از برگزاری فستیوال بازگشت. این ساختمان را می توان برای استفاده در هر نمایشگاه یا فستیوال دیگر به کار گرفت و یا اعضای آن را می توان درهر سازه دیگر مورد استفاده قرار داد.
اصل ششم: کل گرایی
تمامی اصول سبز، نیازمند مشارکت در روندی کل گرا برای ساخت محیط مصنوع هستند.
یافتن ساختمان هایی که تمام اصول معماری سبز را خود داشته باشند کار ساده ای نیست. چرا که معماری سبز هنوز بطور کامل شناخته نشده است. یک معماری سبز باید بیش از یک ساختمان منفرد قطعه خود را شامل شود و باید شامل یک شکل پایدار از محیط شهری باشد. شهر، موجودی فراتر از مجموعه ساختمان هاست؛ در حقیقت آن را می توان بصورت مجموعه ای از سامانه های در حال تعامل دید – سامانه هایی برای زیستن و تفریح – که بصورت شکل های ساخته شده دارای کالبد می باشند و با نگاهـی دقـیـق بـه ایـن سامانه ها اســت کـــه مـی تـوانیـــم چهــــره شهـــر آیــنده را تـرسـیـم نـمایـیـم.

Ø      باغهای معلق بابل ، ۶۲۵ تا ۵۸۵ قبل از میلاد مسیح

 پیشینه بام باغ:

بام سبز هزاران سال پیش  در باغ های معلق بابل   گزارش شده و پس از آن   صدها سال پیش   بویژه در اروپا ی غربی  بکار می رفته ، اما هنوزنحوه تشکیل آن  دراقلیم های محلی  به خوبی شناخته شده نیست.

 اولین بام سبز گزارش شده درتاریخ بشری  باغ های معلق بابل است . هووَخشَترَه  که دوره حکومت وی از ۶۲۵ تا ۵۸۵ قبا از میلاد مسیح است، از جمله تواناترین پادشاهان دوره تاریخی ماد بود. هووخشتره پسر فَروَرتیش و نوه دیاکو بود. هووخشتره ارتش ماد را تجدید سازمان و  نو -سازی کرد و با نَبوپَلَّسَر شاه بابل متحد شد . برای استوارسازی این اتحاد، دختر هووخشتره به نام آمتیس به همسری پسر نبوپلسر یعنی بخت‌النصر دوم درآمد.

آمتیس از زندگی در جلگه میان ‌رودان(بین النهرین) دلگیر شد و برای کوه های  بلند میهنش دلتنگی بسیار کرد. از این رو بُخت‌النصر دوم به  عنوان هدیه برای همسرش دستوساختن  باغ‌های معلق بابل را داد تا  بلندای دیوارهای  آن  برای آمتیس حکم کوهساران کشورش را داشته  باشد.

شیوه های  معماری و آثار بدست آمده چنین عظمتی را در این سرزمین به اثبات رسانده است. برج  بابل  از عالی ترین نشانه های  معماری بشری است که دارای هفت برج بزرگ با دیواره هائی از کاشیهای  منقش و درخشنده بوده است و هر برج 200 متر ارتفاع داشته است . در نزدیکی برج بابل قصر با شکوهی توسط بخت النصر پادشاه بابل  ساخته شده بود با دیوارهای آجری زرد رنگ و کف سنگفرش با مجسمه هائی تراشیده شده از سنگ به شکل شیر.با فاصله ای از همین قصر و در واقع بیرون از شهر باغ های معلق بابل قرار داشتند که این باغ ها از عجایب عالم و از شاهکار های  معماری محسوب می شوند . این باغها که به روایتی 5 تراس منطبق بودند به دستور نینوس پادشاه دیگر بابل برای همسرش سمیرامیس در کنار رود فرات بنا گردیدند.

برای ایجاد قدرت در پایه های  این بنا ها از ستونهای سنگی مربع به ضلع 5 متر استفاده کرده بودند.  طبقات به وسیله مواد خاصی عایق بندی شده بودند تا از نفوذ آب باران به طبقات زیرین جلوگیری شود. برای آبیاری هر یک از طبقات (باغ ها ) آب فرات را مستقیما به آنها تا بالاترین قسمت هدایت میکردند . ( با توجه به اینکه در دو طرف این بناها کوه هائی مرتفع قرار نداشتند تا از خاصیت آرتزین استفاده شود این امر یکی از عجایب این بنا را نشان میدهد ) این باغ ها ( تراس های آن ) مشرف بر رود فرات وشهر بابل بود و چشم انداز زیبائی داشت و عبور و مرور قافله ها و کاروان های  تجاری شرق و غرب از آن مشاهده می گردید . این بنا در حدود 600 ق . م  ساخته شد ولی اکنون آثاری از ساختمانهای آن مشاهده نمی شودو فقط از آجرهای باقیمانده آن سدی طویل بر روی رود فرات بسته شده است .

تعریف باغ بام:

بام باغ که بام سبز، بام گیاهی وبام زیستی نیزنامیده می شود، یک سیستم سبک وزن مهندسی سازاست که رشد گیاه  را در بام میسر ساخته ودرعین حال ازبام  محفاظت می کند.

درحالیکه  بام باغ  تکیه بر گلدان های سنگین  و باغبان دارد، سیستم های باغ سبز  مجموعه وسیعی  از زندگی گیاهی  می باشند. بام سبز نه تنها سطحی است که با رنگ سبز پوشیده شده بلکه یک سطح زنده ازگیاهان رویشی در لایه خاک در بالای بام است. یک لایه خاک کم عمق یا ضخیم همراه باپوشش لایة زیرتر خاک که در بخش مواد به آن اشاره خواهد شد درپوستة بام پخش شده اند .گاه این پوشش  همراه با محافظ  ریشه ای واغلب با یک لایه زهکشی  درزیرآن همراه است و  گونه های گیاهان مقاوم در برابر خشکی  درآن رشد می یابند.

 معمولا سدوم ( گل ناز ) در پوشش گیاهی بام های گسترده  انتخاب می گردد. این مسئله موجب شکل دهی حصیر پوشش جالبی از گلها می شود که چشم انداز آن با فصل ها تغییر می یابد . پوشش گیاهی سقف به  هیچ وجه پوسته ضد آب  آنرا  نابود نمی سازد. در واقع این پوشش از صدمات اشعة ماورای بنفش که دائما روی  آن می تابد محافظت می کند

وقتی که دربارة بام سبز صحبت می شود تمایزی بین بام های سبز گسترده و متمرکز وجود دارد یک بام گسترده یک لایة نازک خاک و گیاهان مقاوم خشکی را دارد و اغلب نیاز به کمی نگهداری است و حتی هیچ نوع نگهداری لازم ندارد . تنها محدودیت آن،انتخاب گیاهان است  یک بام سبز متمرکز لایة خاک ضخیم تری دارد و شبیه باغ معمولی است با درختان و بوته ها و البته نیاز به نگهداری نظیر یک باغ دارد و فقط باید روی سقف هایی بنا شوند که بتواند بار سنگین را تحمل کنند . 

استفاده از پوشش گیاهی روی بام یک اختراع جدید نیست. بام های چمنی یک تکنیک ساختمان سازی متعارف و سنتی در بسیاری از نقاط ا ست. هر چند در دهة اخیر روش های جدیدی به دلیل نیازمندی هایی که امروزه در شهرها داریم توسعه یافته است . تفاوت بین یک بام سبز جدید و یک بام سبز چمنی سنتی قابل توجه است و این مربوط به تفاوت اهداف و مواد بکار رفته و در دسترس می شود .  هدف اصلی در گذشته  استفاده از چمن به منظور عایق بندی و حذف لایه آب بندی بود که اغلب با پوست درختان غان صورت می گرفت . امروزه  اساسا هدف  محیطی – اقتصادی و دررابطه با بهبود مدیریت اصلاح فاضلاب سطحی ؛ سلامتی و زیبایی شناسی است .

بام سبز دارای فواید اختصاصی وعمومی بسیار است از آن جمله:

فواید اختصاصی  شامل :

1 – فواید  اقتصادی: کاهش هزینه های گرمایش و سرمایش  و افزایش  ارزش دارایی در کانادا  یک خانه یک طبقه ای   با بام علفی  و پوشش خاک  9/3  اینچ  مورد مطالعه قرار گرفت  و نشان داده شد که بام سبز  موجب کاهش  25 %  انرژی سرمایش  در تابستان شده  است .

- حفاظت از پوسته بام:  بام سبز می تواند طول عمر پوسته بام  رااز طریق حفاظت  در مقابل اشعه فوق بنفش  ودر پی آن انبساط وانقباض ناشی از نوسانات حرارتی  افزایش دهد. بیشتربام ها  هر 15 تا 20 سال  باید جایگزین  شوند  بعضی بام های سبز درآلمان  تا 40  سال بدون نیاز به هیچ تعویضی عمر کرده اند.

 - عایق  صوتی : بام پوشیده با خاک  وگیاهان  می تواند عایق صوتی باشد.

-  فضاهای مطبوع  و تفریحی:  بام سبز فضاهای  طبیعی  و زیبایی  برای تفریح  فراهم می سلزد.

 - تولید غذا:  یک بام سبز با طراحی خوب  می تواند دارای  گیاهان  وسبزیجات  رایج درباغ  سنتی  باشد . یک هتل  درونکوور کانادا  سبزیجات خود را روی  بام سبزپرورش داده  وبا این روش  درهزینه غذای آشپز خانه خود  30000 دلار   در سال صرفه جویی کرده است . 

  فواید عمومی  شامل  :

1 – کاهش  اثرات جزایر گرمایی شهرها:  اصطلاح  اثر  جزیره گرمایی  به اختلاف  حرارت  بین  شهر و حومه آن اتلاق  می شود. این اختلاف حتی  می تواند  تا 10  درجه  بین  شهر و حومه آن  باشد. بام سبز با اثر جزیره گرمایی  با افزایش پوشش گیاهی   که به چشم انداز  شهر اضافه شده  مقابله  می کند. گیاهان محیط اطراف خود رااز طریق چرخه طبیعی  تبخیر  - تعرق  خنک می سازند.

2- حفاظت  از فاضلاب:  فاضلاب  مسئله جدی آلودگی آب است .  بام سبز75 %  از  بارش  یک  اینچی  باران  را دریافت  می کند . بام  سبز بار بیش از حد سیستم های مجاری فاضلاب  راآرام  می سازد . یک  کانال از از پشت  بام  به مجاری فاضلاب  موجب جاری شدن  فاضلاب  روی پیاده رو می شودکه در بالای خود  ذرات  خطرناک را حمل می کند .  در طی بارش شدید بیشتر  شهرها مجازی فاضلاب  خود را با مجاری  فاضلاب خانگی  وصل   می کنند و به این ترتیب  بار فاضلاب بیشتر می شودکه این عمل موجب افزایش  فشار برتاسیسات گندزدایی  خواهد بود می شود.  عدم ترمیم مجاری فاضلاب  آبراه های  شهررا بی اثر خواهد کرد .

3 – اصلاح کیفیت  آب  بام سبز با جذب  دی اکسید کربن  و تولید اکسیژن  موجب  تصفیه هوا  می شود .  فقط 1/5 متر مربع  علف سبز نبریده  ( زنده ) اکسیژن کافی  سالانه   یک  شخص را فراهم می سازد. یک متر مربع  ( 10.76  فوت مربع)  از بام سبز علفی می تواند   2/0  کیلوگرم  از ذرات معلق  هوا را در سال  حذف نماید.

4 -  ذخیره انرژی: نقش ابزاری دیگر بام سبز  توانایی کاهش  حرارت اطراف شهرها است  دمای کم  در ماه های تابستان  موجب  کاهش  تقاضای الکتریسیته می شود.  در طی ماه های زمستان  بام سبز می تواندعایق مهمی  باشد وکاهش تقاضای  انرژی گرمایی را فراهم نماید . 

معایب بامهای سبز
• برخی پیامدهای منفی استفاده از بامهای سبز به شرح زیر است:
• نیاز به تقویت سازه بامهای موجود برای استقرار بام سبز و وجود این حقیقت که اغلب این بامها برای حضور انسان طراحی نمی شوند.
• در برخی موارد، تطبیق طراحی این بامها با شرایط اقلیمی منطقه کاری دشوار است.
• بامهای سبز همچنین نیازمند معیارهای سازه ای قابل قبول می باشند. بسیاری از بامهای موجود، بدلیل بار وزن ملزومات خاک و گیاهان برای دارابودن بام سبز مناسب نیستند. (در این بین یک دال بتنی در تبدیل به بام سبز بسیار کاراتر از دالهای چوبی یا فلزی است).

انواع بام سبز

بام های باپوشش گیاهی که اکنون دراروپا بطورگسترده برای ذخیره انرژی وکاهش اثرجزایر گرمایی نواحی شهری و بهبود محیط شهری بکار می رود، به طور کلی به سه نوع تقسیم می شود:

 1 – بام سبز گسترده: نیاز به 1 تا 5 اینچ ( کمتر از 15 سانتیمتر) عمق خاک و اساسا گیاهان با ریشه های کم عمق دارد و نوعا شبیه چمنزار است این نوع بام باری در حدود 80 تا15 فوت مربع / پوند به بام اضافه می کند. این نوع بام نوعا نیاز به اصلاح ساختارندارد. هزینه بام سبز گسترده درحدود12 دلار برای هرفوت مربع درآمریکااست واین هزینه شامل کلیه مصالح لازم ازعایق بندی رطوبتی بام تا انواع گیاهان لازم خواهد بود .

2 – بام سبز متمرکز: این بام حداقل به 1 فوت عمق خاک نیاز دارد و در واقع ضامن ایجاد یک باغ است که این باغ شامل درختان بوته ها و سایرمناظر تزئینی است . این بام باری حدود پوند 150 – 80را به بام اضافه می کند ونیازبه نگهداری زیاد دارد. به جهت ایمنی ناشی از بار اضافی، ساختمان نیاز به ظرفیت باربری بیشتری دارد .

3 – بام سبز هیبرید ( ترکیبی ) : ترکیبی ازدو بام گسترده و متمرکزاست. دارای فواید دو نوع بام ذکرشده می باشد، اما دارای ظرفیت باربیشتری است.  درعین حال سبز شدن درداخل پانلهای گسترده  سبک وزنی صورت می گیرد .

طراحی بام سبز:

به محض آنکه به انگیزه هاواهداف  می اندیشید، اولین چیزی که به آن نیازمندید  توجه به  شرایط فیزیکی ساختمان وسایت هنگام احداث  بام سبز خواهد بود. اینکه تا چه اندازه پروژه یک ساختمان کاملا جدید و یا مناسب سازی ساختمانی قدیمی  جهت احداث  باشد. جندین وضعیت برای مشتری  در نظر گرفته می  شود .

مشخصات فیزیکی بام که بایددر هنگام طراحی بدان نوجه شود :

شیب:  شیب  30- 1 درجه برای جلو گیری از فرسایش و رانش خاک مناسب است  است وموجب  تثبیت خاک خواهد شد.  طول  بام از پشته  تا لبه بام بر روی  ( درصد رطوبت  خاک )  اثر دارد.آب  حاصل  دراثر نیروی  موئینگی  در داخل  خاک  می ایستداما فقط  تا فاصله  کوتاهی از خاک  رطوبت باقی می ماند .  شرایط  خشک تر ی   در سمت بالای بام   وجود دارد.

جهت  :  جبهه شمالی و جنوبی  بام   شرایط  نور  و گرمایی متفاوتی  دارند .  همچنین  اگر بخشی  از بام  در سایه   درختان  یا ساختمان های  دیگر باشد ، پوشش گیاهی به شکل متفاوتی  رشد خواهد کرد . همچنین  مکانهایی  در بام  هست که آب بیشتری مثلا  از ساختمان های  مجاور   دریافت  می کند  .  یا بعضی مکان ها مثلا  زیر طره  ساختمان مجاور ممکن است  آبی دریافت نکنند.  در هریک از موارد  استفاده از سنگریزه   به جای پوشش گیاهی خشک  شده  زیباتر به نظر

می آید، مگر آنکه قصد داشته باشید  که با آبیاری  آن قسمت را سبز نگهدارید .

باد  :  بام سبز  نسبت  به بام های  ساخته شده  با مواد دیگر  در معرض خطر کمتری  نسبت  به توفان  است . تجارب  نشان داده  که بعد از یک توفان  سخت  در سوئد   بام سبز  تازه احداث  خسارت کمتری  نسبت  به سایر بام ها داشته است .  در جاهایی که باد زیادی می وزد  نیاز به استفاده از شبکه های  محافظی است  که خوب  به بام  پیچ  شده باشند  .  پیچ  همراه با واشر  پلاستیکی  غیر از صدمه  به  لایه آب بندی   در داخل خاک  مدت زیادی دوام نخواهد داشت .

 وزن  :  قبل از نصب  بام سبز  باید  در مورد میزان بار اضافی  که سازه   می تواند  تحمل کند  اطلاع یابید . یک لایه نازک بام سبز وزنی معادل 50کیلوگرم بر مترمربع در زمانی که  اشباع از  آب باشد دارد ، نمونه های سبکتری نیز موجود است که با استفاده از پشم سنگ  است ،یک لایه  با آن به جای لایه خاک ، وزنی  معادل 35  کیلوگرم بر متر مربع را میتواند تحمل کند . در مقایسه بااین ها ، موزائیک دارای وزنی حدود 37-33 کیلوگرم است . اگر در ناحیه برف پیش بینی میشود وزن برف را نیز باید به آن اضافه کرد .

مصالح:

1 - مواد ضد آب – اگر آب روی سقف بام بماند به ساختمان صدمه نمی زند . لایه  ساخته شده  از مواد ضد آب تا قبل از آنکه از نظر فیزیکی تخریب شوند می تواند محافظ ساختمان باشد .خاک  و پوشش گیاهی  از پوسته بام  درمقابل  تاثیرات  اشعه فوق بنفش محافظت  می کند .  البته  پوسته بام  باید در وضعیت   خوبی قبل از نصب بام سبز  باشد.استفاده از  یک لایه پوشش قیری از نشت آب جلو گیری خواهد نمود  .

2 - تثبیت کننده های ریشه : کشورهای مختلف شیوه هاو قواعد مختلفی برای ساختن بام سبز دارند و بعضی از کشورها هم قاعده ای ندارند . درآلمان یک لایه تثبیت کننده زیر بام کار گذاشته می شود.به این دلیل که ریشه نتواند به لایه آب بندی صدمه زند . تثبیت کننده ریشه به لایه زهکشی نیز کمک میکند . این لایه ممکن است دارای منشا شیمیایی باشد و برای گیاهان مسموم کننده بوده  یا  از یک لایه نازک مس ساخته شده باشد یا از  لاستیکی  مصنوعی  که درز -اگر انگیزه شما از داشتن بام سبزملاحظات اکولوژیکی و معماری پایدار است حتما با پیمانکار مربوطه مشاوره کنید. در سوئد 5 – 3 cm خاک در پوشش گیاهی بامهای گسترده که فقط سدوم و خزه در آن رشد می کنند  مناسب تشخیص داده شده و دیگر به  تثبیت کننده ریشه نیازی  نیست .

از آنجا که سدوم ریشه ضعیفی دارد و خزه ریشه ندارد. اگر لایه ضخیم تر باشد آب بیشتری را در خود نگه می دارد که به رشد علف هرز کمک می کند . تجربه سوئد  استفاده از  حصیر لاستیکی برای حفاظت از  لایه های قیری  بام  هنگام نصب  بام  با لایه ضخیم خاک است  و از رشد  علف هرز جلوگیری می  کند.

4 - مواد زهکشی :  دلیل اصلی استفاده از لایه زهکشی در زیر لایة خاک جلوگیری از فرسایش است دلیل دوم در رابطه با بام های هموار ، شکل دهی گودال است . پوشش گیاهی سدوم با شرایط خشک سازگارند و در آب  شناور خواهند شد  و صدمه خواهند دید. . عملکرد دیگر مواد زهکشی  ، ذخیره مقداری آب است . این اثر زمانی خیلی مهم می شود که خشک بودن بام باتوجه به اقلیم و شیب بام را هم در نظر داشته باشیم . مطلقا لازم نیست  عمل زهکشی با یک لایه مجزا انجام پذیرد . استفاده از یک لایه خاک  که به اندازه کافی  زهکشی شده باشد  تا آب اضافی بتواند  از طریق آن  بطور موثری  زهکشی شود معمول است  . این  نوع بام سبز، بام سبز  یک لایه ای  خوانده می شود  .مواد زهکشی  که  در بام سبز  بکار می رود   شامل   مواد طبیعی  ، مواد بازیافتی  و  حصیر های زهکشی  مصنوعی می باشد. ساده ترین  مواد  طبیعی  زهکشی  ریگ – سنگریزه  هستند که  منشا  طبیعی دارند و خوب کار می کنند. ارزان بودن  و در صورت استفاده از مواد و مصالح  بومی با  هماهنگی  با  زمین  سایت   هم  موجب  فایده  اقتصادی و هم  با بازگرداندن  مسکن  بی مهرگانی  که پیش از این ساکن آنجا بوده اند در  تنوع زیستی مداخله  می کند .  ازمواد مناسب زهکشی دیگر، در بام سبز می توان به

نداشته باشد  .

خرده های آجر  گدازه های آتشفشانی (لاوا )  و ماده مصنوعی  (لکا )    LAVA     &  LECA اشارهنمود. گدازه های آتشفشانی  منشا طبیعی دارند اما  لکا  و  آجر  مصنوعی  می باشند.  و در این  روش  بعنوان  مواد بازیافتی  مورد  استفاده قرار می گیرند. این مواد با آنکه منشا مختلفی   دارند   شباهتهای زیادی نیز دارند .  آنها متخلخل   و توانایی  نگهداری آب  و مواد مغذی را  بیشتر از  سنگریزه ها  دارند .  موادی که بتوانند  میزان بیشتری  مواد مغذی را نگهدارندکمترین تراوشات منجر به آلودگی  را به آبراه ها ی بام سبز دارند. مواد زهکشی متخلخل  به نسبت کم وزن ترند و برای بی مهرگان مکان خوبی محسوب می شوند .  تجارب لندن  نشان می دهد  که حصیر  سدوم  روی لایه ای از آجر خرد شده ،  تنوع زیستی   بی مهرگان آن   (  حشرات  و عنکبوتیان ) در مقایسه با پوشش حصیری پشم سنگ  بیشتر  است .

 پشم  سنگ : این ماده  از سنگ های معدنی ساخته می شود  و اغلب جهت عایق بندی  بکار می رود. و یا واسطه رویشی   جهت علف تازه   است .  ریشه های  پوشش گیاهی  بام  می تواند  در آن نفوذ کند  و اصطکاک   بین پشم سنگ   و لایه قیری  بام  موجب  می شود که  در جا  در محل  نصب  گردد.  پشم  سنگ  می تواند  میزان  زیادی  آب  را در  خود  نگهدارد  و  در دور

زمانی طولانی تری   برای گیاه آزاد سازد .  اما  هر  آب  اضافی  دیگری  زهکشی  خواهد شد.   بعنوان  راه حلی  در  رابطه  با  وزن    ،  سبک  وزنی  پشم  سنگ  می تواند آنرا  جانشین  لایه خاک  کند .و گیاهان  مستقیما روی آن رشد خواهند کرد و سنگریزه  در بالای آن جهت جلوگیری  از  کنده شدن  و ور آمدن حصیر  پاشیده می شود. این  راه حل  در دراز مدت  مدت مواد  مغذی  ر ا  برای گیاه  نگهداری نمی کند   لذا گیاهان  باید  کود  داده شوند. به دلایل  محیطی  و  با توجه به  مصرف  انرژی  لازم   است  که  سنگ   تبدیل   به پشم  سنگ  شود .

مواد  فوم  :  این مواد می تواند از بازیافت  صندلی  ماشین  و مشابه  آن ساخته شود .  این  مواد  آب  را   زهکشی  می کند   اما میزان زیادی  آب  و مواد مغذی  را  نمی تواند   نگهداری کند .

 ورقه پلاستیکی  با فنجان  ( گودال ریز  ):  انواع  و اقسام  ورقه های زهکشی  برای بام سبز  و جود  دارد   بعضی ها برای بام سبز  گسترده  که فقط چند سانتیمتر  ضخامت دارند   و بعضی ها  برای بام سبز  متمرکز که دارای لایه ضخیم خاک  می باشند.  ایده  این که  آب  در این  فنجان ها  پس از سرریز  شدن   در سطح  بام  پخش  می گردد  ( با پشم  سنگ   مقایسه  شود  که  در  جایی  که  جاذبه   آب  را  به پایین ترین  لبه های بام  می کشاند  و  تاج  بام   خشکتر خواهد  بود . )   به محض آنکه  فنجان های  پلاستیکی  پر شوندهر آب اضافی  دیگری از  طریق  سوراخهایی  زهکشی  می  شود .   این مواد  زهکشی   حتی از نظر  اجرایی نیز  طراحی  شده   و از  نظر  جابجایی  و نصب  بسیار ساده اند. در  رابطه  با   مضرات آن  می توان گفت  که آنها خیلی خشکند  مواد متخلخل   آهسته تر  خشک  خواهند شد.  گیاهان  را گرم کرده  و شانس  تنظیم  مصرف  آب  متناسب   با دسترسی   به آب   کمتر است و راه  حل  گرانتری  هستند  بویژه  اگر  مصرف   انرژی  تولیدی  آن  نیز  محاسبه  گردد.  از مضرات  دیگر آن   که پلاستیک   از منابع  تجدید ناپذیر   است  .  علاوه  بر   خصوصیات  مشخص   مواد  زهکشی ،  قیمت  ، دسترسی  ،  وزن  ،  هزینه  نصب   و غیره   پس  از  انتخاب  می تواند  متفاوت  باشد.

5 - لایه جلوگیری از فرسایش و لایه صافی : بالای لایه زهکشی یک لایه فیلتر  به شکل روکش الیاف به منظور تثبیت عملکرد زهکشی نصب میشود وقتی حصیر سدوم آماده می خرید این  لایه فیلتر موجود میباشد و بوسیله شبکه نایلونی سه بعدی به کنترل فرسایش خاک کمک میکند و لایه زیر را در محل نگه میدارد . استفاده از لایه جلوگیری از فرسایش به جهت شیب بام بستگی دارد . در مورد  بام های صاف  ممکن است این لایه کنده  شود   .  ( ول شود  )

6 - مواد مقاوم در برابر آتش: از هر خاکی نمی توان به عنوان پوشش بام استفاده کرد . خاک شامل زغال سنگ ( تورب ) یا دارای موجودات ارگانیکی ( میکروبی ) قابلیت انقباض را کاهش می دهند و از نظر آتش سوزی  هم خطرناکند .

 7 - گونه های گیاهی  و تثبیت  :  لازم  است که  گیاهان مناسب  هراقلیمی انتخاب  شود ، خواه  شرایط آن بصورت   دوره ای  خیلی  خشک ، خیلی  گرم،  خیلی  سرد  یاخیلی  متغیر  باشد .  مهمترین  مسئله  در  بام گسترده  دامنه  مقاومتی  پوشش گیاهی  آن است .  چرا که شرایط خشک  در بیشتر اقلیم ها  حاکم  بر این  نوع  بام ها     است . گیاهان   شاداب    گیاهانی   هستند  که در بافت های خود  به مدت طولانی  آب را ذخیره  می کنند   از جمله این گیاهان  سدوم و تعداد کمی  از گیاهان  خانواده  کراکسولاسیا   می باشند.  تعداد کمی از گونه های سدوم  مناسب  برای بام سبز وجود داردکه دارای  رنگ های مختلف  و الگوهای رشد  متفاوتند. در ترکیب  با خزه  رایج ترین  جمعیت  گیاهی  بکار  رفته  در بام های  گسترده  می باشند.در نقاطی  از جهان  که  سدوم به طور طبیعی   وجود ندارد   توسعه بازا ر  بام   سبز  به  مبارزه ای  بین   گونه های مقاوم   متناسب  با  اقلیم  محلی  و رستنی های  بومی   بدل  شده است .

 تکنولوژی  بام  سبز بخش  مهمی از  جامعه  پایدار است تولید گونه های خارجی  که همان نقش راز نظرزیستی   برای   زندگی  وحشی بومی  بعنوان  یک  گیاه  بومی   بازی کند مجاز نیست  .

کاشت گونه های گیاهی  با دو روش اجرا میگردد:

1 – استفاده از حصیرهای از پیش آماده

2 – احداث بام سبز بوسیله کاشت جوانه و نشا    

جزییات بام سبز:

بام سبزجهت استفاده دردرازمدت پیش بینی می شود، در واقع بام سبزدارای دو برابر طول عمر در مقایسه با بامهای متعارف و مرسوم است. در رابطه با جزییات بام سبز، همانطور که درتصاویر زیر نشان داده شده است: یک لایه لاستیکی یا پلاستیکی روی بام سنتی پهن می شود در زیر و روی این لایه لاستیکی مواد عایق بندی نظیر پرلیت وجود داردو دربالای لایه عایق بندی یک لایه زهکشی اضافه می گردد. بسته به شیب بام نهایتا یک لایه نازک خاک مخلوط اضافه می شود و روی آن پوشش گیاهی مقاوم در برابر خشکی می کارند.

جزییات بام سبز از پایین به بالا به ترتیب عبارت است از:

1– دیواره رطوبتی: (محافظ رطوبتی ) : کف بایک بتونه قیری پوشیده شده وسپس 4 میلیمتر پلی استیرین بصورت نمد با مشعل هوای داغ در محل نصب می شود .

2 – عایق بندی: ایزولاسیون پلی استیرین تزریقی که با ازمون ضخامت آن تعیین می شود پهن می گردد.

3 – پوسته بام : یک لایه پوشش ضد آب که با هوای داغ به لبه های بام خوب جوش خورده ، به پیرامون بام بسته می شود . این محصول لاستیکی دربازار موجوداست که دارای حافظه برگشت پذیری است واغلب به فرم اصلی خود برمی گردد و موجب صدمات بعدی خواهد بود. یک  ماده پولیمری ازمحصولات شرکت موجود است که با پشم شیشه پوشیده شده وفرایند غلطک زنی را  خوب تحمل می کند و فاقد حافظه برگشت پذیری است و حرکت ساختاری بدون هیچ نوع  صدمه ای  به بام را دارد

با اصلاح کردن اثر جزایر گرمایی  وبا صرف هزینه کم  به  سالم سازی  هواو کاهش فاضلاب  می پردازد وازنظر سالم سازی محیط و تامین سلامتی انسان  بسیارمفیداست.

 درروزهای تابستان شهرها تا 7 درجه  از حومه خود گرمتر  بوده   و محفظه ای  پر دود  می باشند  ترمیم سلامتی عمومی  و تقاضای انرژی بیشتر  از جمله مشکلاتی هستند  که تحت نام اثرات جزایر گرمایی معروفند .  با جانشینی بام های تیره جاذب گرما ،   با بام های پوشیده از گیاهان وعلف ها دما ی شهر تاحد زیادی کاهش می یابد.

 فاضلاب آلودگی ها ی خطر ناکی رابا خود حمل می کند، ازجمله آنها مواد فلزی سنگین و خطرناکی است که ازسطوح موزاییکی  وپشت بام  وارد آبراهه ها می شود. بام سبزاین اثر منفی را با جذب 75%  آب باران کاهش می دهد.

مهمترین اثر ابزاری  سیستم های بام سبز  این است که در مراکز شهرها شناسانده شود .  بام های چمنی  در خانه های روستایی اسکاندیناوی  در طی قرن ها  با بخش شهری سازگار شده است  واین ایده  راه عملی  اصلاح مشکلات سلامتی  انسان  ومحیط  را مطرح نمود. بام سبزراه حل  جذاب معمارانه  زیبا  و قابل پیش بینی جهت اداره کردن  مشکلات اکولوژیکی  اظطراری  در مراکز شهر ها  می باشدنقش بام سبزدر پایداری معماری وشهرسازی:

بام سبز .

1 – اثرات  سرمایشی : بام سبز از چندین روش جهت ذخیره انرژی ساختمان کمک می کند .  اساسا نیاز به سرما در تابستان  را کاهش می دهد.  بام پوشیده از قیرنفتی  سیاه  بآسانی  دما را  تا 80 درجه سانتیگراد  در تابستان  می رساند .  وقتی که  بام بوسیله  لایه ای از خاک  و گیاهان سایه دار پوشانده شوددمای سطح  معمولا  از محیط اطرافش  بالاتر نخواهد شد  . بعلاوه   گیاهان  و خاک همراه  با تبخیر  اثر برودتی داشته و هوای مرطوب  تنفس  را راحت تر می سازد.

2- عایق کاری  وکاهش سرمای باد زمستانی : در زمستان لایه خاک   یک عایق کاری اضافی محسوب می شود.  در اقلیم های مشابه اسکاندیناوی  خانه ها بخوبی عایق کاری می شوند   .  اما  در اقلیم گرمتر با انواع بام سبز بویژه  بام سبز با ضخامت های  مختلف خاک   می توان نیاز به  گرمای ساختمان را کنترل  نمود .  این موضوع خیلی کم  مورد مطالعه قرار گرفته  اما این حفاظ حرارتی  ارزش اقتصادی مخصوصی   در کاهش  سرمای باد  دارد.

افزایش عمر متوسط بام : راه دیگری  که بام سبز موجب ذخیره  پول  و انرژی می گردد این است که بام سبز  از پوسته بام  حفاظت  می کند .  آب بندی  بام  مٍثلا با قیر  عمر متوسطی  در حدود 25  سال  دارد . بعد ازآن  نیاز به تعویض است  و دلیل آن  اشعه فوق بنفش  می باشد که سطوح

را شکننده  می سازد و سپس انقباض  و انبساط   در اثر نوسانات حرارتی  همراه با فقدان الاستیسیته  موجب  تر ک (شکاف )  در فرم پوسته می شود.  دمای خیلی زیاد بالای 60  درجه  سانتی گراد  موجب فرسوده شدن  پوسته  می شود.  بام سبز علاوه بر حفاظت از لایه آب بندی از اشعه  فوق بنفش  و افزایش مفرط  دما ، موجب  افزایش  طول عمر متوسط  بام تا 60  سال  خواهد شد.  به این ترتیب  مواد ، انرژی   و پول  ذخیره شده   و ضایعات  کمتری  تولید می شود.

 4- قابهای خورشیدی  : در پروژه های ساختمانی  همساز  با محیط   بین انتخاب  بام  به عنوان سطحی  برای قاب های خورشیدی  و تولید انرژی   و یا نصب  بام سبز ، سطحی   با اثرات مثبت  محیطی  و تنوع زیستی   تصمیم گیری شود. در واقع به نظر میرسد  که اثر مثبت  قاب های خورشیدی   و تنوع زیستی   را در یک بام  تواما  می توان  داشت .  تنوع زیستی   از طریق  نور و سایه  تولید شده  با قاب های خورشیدی  با ایجاد یک میکرو اقلیم  موزائیکی   مفید خواهد بود. از طرفی دیگر  قاب های خورشیدی دارای دمای محیطی کمتری  در مقایسه با بام پوشیده از قیر سیاه  جهت  پوشش گیاهی  اطراف خود هستند  .

معماری پایدار

 5 - موادبازیافتی و حمل و نقل : محدوده وسیعی از  مواد  بوسیله پیمانکاران نصب  بام سبز پیشنهاد می شود  که گاهی  با توجه به عملکرد  ، شرح آن ضروری به

مواد شیمیایی: موادشیمیایی شامل هرماده آفت کش یاحفاظ ریشه ای می شود.  آیااین یک پیشنهاد همساز با محیط است ؟

مواد بازیافتی: آیا مواد زهکشی  از منابع تجدید پزیرند و یا از مواد بازیافتی  هستند ؟

پلاستیک  : پلاستیک مسکن طبیعی بدی برای بی مهرگان  است   و برای حفظ مواد مغذی  پتانسیلی ندارد. روش سریع خشک کردن  در پلاستیک بیش از یک شوک  به سیستم ریشه ای  گیاه در مقایسه با مواد دارای خلل و فرج  است  و  همینطور پلاستیک  یک منبع تجدید پذیر نیست و در تولید آن  انرژی زیادی نیز  مصرف می گردد.

حمل و نقل  : چه مسافتی  برای جابجایی  لایه زیری   و سایر مصالح بام  سبز بایدطی شود ؟

گیاهان  : آیا گیاهان  بومی اند  یا  گونه های وارداتی هستند ؟

این ملاحظات  در مقابل وزن و سنگینی  هزینه ها ، ضمانت نامه ها وانگیزه پروژه ، نگهداری   و وزن  خود بام  وغیرو با هم  مقایسه  شوند تا ترکیب  مناسبی  همساز با محیط و کارآتر انتخاب گردد.

6  -  سیلاب  : یکی از مهمترین  اثرات  بام سبز   توانایی حفظ و نگهداری  آب  باران   در هنگام  طغیان ها است  ناودانی ها  و مجاری فاضلاب  در شهر ها  باید آنقدر  بزرگ باشند که حریف مقادیر زیاد آبی که  فرو می ریزد  باشند .  هرچه سطوح ساخته شده  از مواد سخت  تر  و رطوبت ناپذیر تر  باشند  

این ماده همچنین  تنوع گونه های گیاهی در سقف راافزایش می دهد ( صرف نظر از وزن  ) این ماده  بر روش های نگهداری   بام اثر گذاشته  وهمچنین   احتمال آتش سوزی  را کاهش  می دهد.

 9 – اکولوژی – تنوع زیستی و محیط  :  ازآنجا که  بام سبز توان بالقوه  ای  در تامین  مسکن  جانداران دارد   در زمینه شهرهای   بایر باهمکاری  مجتمع های صنعتی بزرگ  ، اثرات جمعیت مصرف کنند ه  با نصب  بام  زیستی   بویژه طراحی شده  در زمینه  تنوع   زیستی  و محیطی سبک  خواهد شد . ( کاهش می یابد ) . در این حالت  انتخاب  مواد و مصالح   تا حد امکان  طبیعی   یا دست کم  بازیافتی  و ملاحظات لازم درانتخاب گونه های  گیاهی  بومی   یا حداقل  متناسب  با  اکوسیستم  قابل تصور خواهد بود.  لایه های  زیرخاک مناسب برای زیست بی مهرگان  را بکاربرید.

● توسعه پایدار و سیستم‌های پوششی سبز در بام ساختمان

بام ها بمنظور حفاظت ساختمان در برابر باران و برف و نگهداری لوازم مکانیکی طراحی شده‌اند. بام‌ها ساختمان را از هدر روی گرما و خیس شدن محافظت می کنند....

بامهای تخت معمولا فاقد ملاحظات زیبایی شناسانه معماری بوده و بنابراین نمی توانند در اغنای ارزش زیبایی و معماری ساختمان ایفاگر نقشی باشند و در مقابل، می توانند نمایانگر گستره ای از امکانات بالقوه طراحی در زمینه منظرسازی باشند و بجز آن، سطوح زمخت و خشنی به چهره شهر، یا محدوده ساختمان می بخشند و نیازمند سیستم دفع آب باران نیز هستند.

مشخص نیست که ایده اصلی چنین طرحی منصوب به چه کسی و به کدامین دوره بازمی گردد. شاید این ایده از توصیف باغ های معلق بابل (عراق) نشات گرفته شده باشد؛ باغهایی که در هوا معلق نبوده بلکه در واقع روی بام ها و مهتابی های چند ساختمان قرار داشتند. این باغ در سال 600 قبل از میلاد به دستور بختنصر برای همسرش که شاهزاده خانمی از ماد و دلتنگ کوهها و سبزی و خرمی زادگاهش بود، ساخته شد. بختنصر دستور داد کوهی بسیار بزرگ با ابعاد عجیب بسازند. این کوه در واقع ساختمانی چهارگوش با ارتفاع 120 متر بود که 5 بام داشت و هریک بر ستون هایی بنا شده بود که در آنها انبوهی از چمن، گل و درخت میوه کاشته شده و توسط تلمبه های آبی، آبیاری می شدند.

به هر تقدیر و سوای اینکه فلسفه چنین طرحی از کجا ناشی شده، سیستم بام سبز زمانی بوجود آمد که طرح یک فضای سبز برروی سازه بام اجرا گردید. بام سبز در واقع بامی است که بر روی سطح آن گیاهان رشد می‌کنند. تنوع گیاهی چنین ساختاری می‌تواند از بام پوشیده از چمن مصنوعی تا باغ بامی باشد که با گیاهان مورد استفاده در طراحی منظر پوشیده شده است. سبزپوش کردن بام نیازمند گیاهانی است که بدقت انتخاب شده‌اند تا در برابر محیط خشن و بی‌روح محیط پشت‌بام در شرایط کم/بی آبی، عوامل اقلیمی، یخ‌زدگی، نسیم دریا و خشکی و غیره مقاومت کنند. نوع گیاهان انتخابی بسته به نوع آب و هوا و شرایط اقلیمی مختلف، متفاوت است. بام سبز یا باغ پشت بام، اوج تلفیق اجرا با محیط است. دتایل های اجرایی چنین بامی تفاوت چندانی با بام های معمول نداشته و شامل عایق رطوبتی/حرارتی، پوشش ضد آب، ماسه و درزپوش می باشند و در کنارآن شامل مصالح و عناصری هستند که بتوانند عمل نگهداری/زهکشی رطوبت و اسباب نگهداری گیاهان (مطابق استاندارد) را در ساختمان سازی فراهم آورند

به دلایل متعدد، نماهای سبز از محدودیتهای ساختاری کمتری نسبت به بامهای سبز برخوردار بوده و در مقابل، تنوع گیاهی کمتری دارند. استفاده از پوشش سبز در بام/نمای ساختمان در اکثر کشورهای اروپایی و ایالات آمریکا رشد چشمگیری داشته که دلایل عمده آن علاوه از مبحث زیبایی شناسی معمارانه، پاسخگویی به عواملی همچون عایق سازی (حرارتی، رطوبتی و صوتی) طبیعی ساختمان، استفاده از فضای مرده بام در جهت خلق فضای دلپذیر و خلق سطوح چشم نواز در نما، تلفیق ساختار مصنوع با طبیعت، کمک به کاهش آلودگی‌های جوی و افزایش نسبت اکسیژن هوا و غیره می باشد. از طرفی طراحی ساختمان با بام سبز منجر به افزایش پایداری و مدیریت صحیح بارانهای سیل آسا و آب باران می گردد.
اکثر کشورهای توسعه یافته در این راستا در این راه قدم نهاده اند که در این میان تلاش های برخی از آنها ملموس تر است. بعنوان مثال، مهمترین هدف از توسعه پایدار در آمریکا در جهت هرچه کمرنگ نمودن وابستگی به فرآورده های نفتی و یا بعبارت بهتر قطع هرگونه وابستگی به ثروت نفت خاورمیانه دور می زند و در این راستا تمام توان خود را در هر موقعیت اجتماعی- سیاسی در پیشبرد این هدف و تشویق مردم بکار بسته است. به نظر شهرداران در سیستم بام سبز پتانسیل های کاربردی زیادی نهفته و بکارگیری این سیستم در شهرها، از میزان هزینه مصرفی انرژی کاسته و به کارایی مفید محیط می افزاید. همچنین بامهای سبز به مساحت قابل ساخت یک پروژه در سایت افزوده و مکان های جدیدی برای اجتماع درون- محیط شهری و گردش در فضای بیرون از خانه را فراهم می آورند. تشویق و حمایت های بی دریغ شهرداران در این باب منجر شده است که صاحبان ساختمان کم کم به ارزش افزوده آن و مزایای بکارگیری از چنین طراحی، گیاهکاری و تخصیص و ساخت باغ بام ها بکمک متخصصین امر و معماران پی برند.
در این میان ضوابط مختلفی برای این سیستم در حال بررسی بوده و ساخت انواع باغ بام ها نیازمند تصمیمات برنامه ریزی شده است که برای حصول نتیجه مدنظر، نیازمند داشتن آگاهی و اطلاع از نحوه استفاده از آن است. بام های سبز قابلیت نگهداری و کنترل وزن خاک، باران و برف، مسیر تعبیه شده پیاده و دیگر موارد را فراتر از سیستم مهندسی بام دارد. معمولا کارخانه های سازنده دو مشخصه را برای باغ بام ها در نظر می گیرند که عبارتند از بام های متراکم و فشرده، و بام های گسترده و وسیع. بکارگیری هریک از این مشخصه ها به تعریف نوع استفاده از باغ بام، تنوع گیاهی مدنظر و میزان هزینه مدنظر برای ساخت و نگهداری آن بستگی دارد.

Ø     ضرورت معماری پایدار

باتوجه به اثرات زیست محیطی وتنوع گونه های جاندار بام سبز موجب تاثیرات مثبت نسبت به محیط می شود. کاهش آلودگی ناشی از فاضلاب واقزایش میزان اکسیژن لازم برای انسان از دیگر اثرات مثبت بام سبز محسوب می شود. ازآن جا که پیشینیان در طول زمان از ویژگیهای این نوع بام بهره جسته اند، استفاده از آن در محیط شهری  ضمن جذب سر وصدا وخنک سازی باکاهش مصرف انرژی همراه است. ساکنین بام سبز با تولید مواد غذایی  گیاهی  با نثبیت خاک یک سیستم  پایدار را ایجادمی کند. جستجو وسرمایه گذاری  در تکنولوژی بام سبزمهمترین روشی است  که به شهر های ما  اجازه رشد و توسعه  با اطمینان از حفاظت  و ادامه حیات  بشر و محیط  می دهد. به نظر می رسد که زمان آن رسیده است که ایران نیز در مقیاس کلان شهرهایی چون تهران بایستی در این راستا گامی بردارد.

درحالیکه  بام باغ  تکیه بر گلدان های سنگین  و باغبان دارد، سیستم های باغ سبز  مجموعه وسیعی  از زندگی گیاهی  می باشند. بام سبز نه تنها سطحی است که با رنگ سبز پوشیده شده بلکه یک سطح زنده ازگیاهان رویشی در لایه خاک در بالای بام است. یک لایه خاک کم عمق یا ضخیم همراه باپوشش لایة زیرتر خاک که در بخش مواد به آن اشاره خواهد شد درپوستة بام پخش شده اند .گاه این پوشش  همراه با محافظ  ریشه ای واغلب با یک لایه زهکشی  درزیرآن همراه است و  گونه های گیاهان مقاوم در برابر خشکی  درآن رشد می یابند.

 معمولا سدوم ( گل ناز ) در پوشش گیاهی بام های گسترده  انتخاب می گردد. این مسئله موجب شکل دهی حصیر پوشش جالبی از گلها می شود که چشم انداز آن با فصل ها تغییر می یابد . پوشش گیاهی سقف به  هیچ وجه پوسته ضد آب  آنرا 

نابود نمی سازد. در واقع این پوشش از صدمات اشعة ماورای بنفش که دائما روی  آن می تابد محافظت می کند.                                                                                                    

وقتی که دربارة بام سبز صحبت می شود تمایزی بین بام های سبز گسترده و متمرکز وجود دارد یک بام گسترده یک لایة نازک خاک و گیاهان مقاوم خشکی را دارد و اغلب نیاز به کمی نگهداری است و حتی هیچ نوع نگهداری لازم ندارد . تنها محدودیت آن،انتخاب گیاهان است  یک بام سبز متمرکز لایة خاک ضخیم تری دارد و شبیه باغ معمولی است با درختان و بوته ها و البته نیاز به نگهداری نظیر یک باغ دارد و فقط باید روی سقف هایی بنا شوند که بتواند بار سنگین را تحمل کنند . 

استفاده از پوشش گیاهی روی بام یک اختراع جدید نیست. بام های چمنی یک تکنیک ساختمان سازی متعارف و سنتی در بسیاری از نقاط ا ست. هر چند در دهة اخیر روش های جدیدی به دلیل نیازمندی هایی که امروزه در شهرها داریم توسعه یافته است . تفاوت بین یک بام سبز جدید و یک بام سبز چمنی سنتی قابل توجه است و این مربوط به تفاوت اهداف و مواد بکار رفته و در دسترس می شود .  هدف اصلی در گذشته  استفاده از چمن به منظور عایق بندی و حذف لایه آب بندی بود که اغلب با پوست درختان غان صورت می گرفت . امروزه  اساسا هدف  محیطی – اقتصادی و دررابطه با بهبود مدیریت اصلاح فاضلاب سطحی ؛ سلامتی و زیبایی شناسی است .

1 – کاهش  اثرات جزایر گرمایی شهرها:  اصطلاح  اثر  جزیره گرمایی  به اختلاف  حرارت  بین  شهر و حومه آن اتلاق  می شود. این اختلاف حتی  می تواند  تا 10  درجه  بین  شهر و حومه آن  باشد. بام سبز با اثر جزیره گرمایی  با افزایش پوشش گیاهی   که به چشم انداز  شهر اضافه شده  مقابله  می کند. گیاهان محیط اطراف خود رااز طریق چرخه طبیعی  تبخیر  - تعرق  خنک می سازند.

تاثیر بام سبز بر کاهش دمای جزایر گرمایی

مراکز شهری

2- حفاظت  از فاضلاب:  فاضلاب  مسئله جدی آلودگی آب است .  بام سبز75 %  از  بارش  یک  اینچی  باران  را دریافت  می کند . بام  سبز بار بیش از حد سیستم های مجاری فاضلاب  راآرام  می سازد . یک  کانال از از پشت  بام  به مجاری فاضلاب  موجب جاری شدن  فاضلاب  روی پیاده رو می شودکه در بالای خود  ذرات  خطرناک را حمل می کند .  در طی بارش شدید بیشتر  شهرها مجازی فاضلاب  خود را با مجاری  فاضلاب خانگی  وصل   می کنند و به این ترتیب  بار فاضلاب بیشتر می شودکه این عمل موجب افزایش  فشار برتاسیسات گندزدایی  خواهد بود می شود.  عدم ترمیم مجاری فاضلاب  آبراه های  شهررا بی اثر خواهد کرد .

3 – اصلاح کیفیت  آب  بام سبز با جذب  دی اکسید کربن  و تولید اکسیژن  موجب  تصفیه هوا  می شود .  فقط 1/5 متر مربع  علف سبز نبریده  ( زنده ) اکسیژن کافی  سالانه   یک  شخص را فراهم می سازد. یک متر مربع  ( 10.76  فوت مربع)  از بام سبز علفی می تواند   2/0  کیلوگرم  از ذرات معلق  هوا را در سال  حذف نماید.

4 -  ذخیره انرژی: نقش ابزاری دیگر بام سبز  توانایی کاهش  حرارت اطراف شهرها است  دمای کم  در ماه های تابستان  موجب  کاهش  تقاضای الکتریسیته می شود.  در طی ماه های زمستان  بام سبز می تواندعایق مهمی  باشد وکاهش تقاضای  انرژی گرمایی را فراهم نماید . 

Ø    نمونه بام های سبز کارشده درساختمانهای دنیا

برج ادیت سنگاپور  Singapoor و EDITT Tower

تا به حال زمین کشاورزی 26 طبقه دیده بودید؟
این طرح که به زودی در کشور سنگاپور انجام می شود می تواند با پانل های خورشیدی زیاد خود که مساحت آنها به 855 متر مربع می رسد، حداقل 40 درصد برق مورد نیاز خود را تأمین کند.
نکته ی قابل توجه اینکه این برج تماماَ از مواد بازیافتی و قابل بازیافت ساخته خواهد شد.
نام برج مخفف (طراحی بوم شناختی در تروییک Ecological Design in the.Troioic) می باشد.
 

آسمان خراش خورشیدی مکزیک Mexicocity و Stackable solar Sky scraper
 

باغ عمودی در آسمان خراش

ژان نوول، معمار فرانسوی، پارک مرکزی شگفت انگیزی را با نام خودش طراحی کرده است.این پارک در شهر سیدنی قرار دارد.دراین پروژه ی 600 میلیونی که از 2 برج 16 و33 طبقه ای که بر فراز یک سکوی تفریحی واقع شده با مساحت 250000 متر مربع و با مدیریت فریزر و شامل چندساختمان طراحی شده ،یک پارک شهری است.

در این پروژه، ژان نوول با همکاری هنرمند و گیاه شناس فرانسوی "پاتریک بلانس" دوازده باغ عمودی را ضمیمه نمای برجها میکند.احجام سبز و نوارهای سبز رنگ ِ افقی با ایوان هایی که برجها را به گیاهان سبز پیچیده اند، محوطه ی پارک ِ مرکزی را در قلب حومه ی جدید به سمت این ساختمان سبز گسترش میدهد.

برج شرقی پروژه ی" پارک مرکزی" یک وضعیت نمایشی را از طبقات بالای یک بلوک پیش آمده مونومنتال، به نمایش میگذارد.این هلیوستات سیستم مبتکرانه ی ِ ثابت و پانل های آینه ای موتورداری را با هدف جذب نور خورشید و انعکاس به سمت اتریوم و همچنین به سمت تراس فضای باز در شب با یکدیگر ترکیب میکند . این سیستم توسط" یان کرسال" هنرمند نورپرداز، به صورت تمام رنگی و با شمایل ِ تئاتر گونه ای برجها را از دیدگان محو میکند. پروژه توام با توسعه تجاری 274 میلیونی ِ ده تا پانزده طبقه ای است که توسط معما ر بریتانیایی فاستر و همکارانش به خوبی ِ یک پارکینگ زیرزمینی جدید طراحی شده است. ساخت و ساز در پارک اصلی و راههای جدید از مارس 2010 در دست ساخت است و پارک مرکزی از دسامبر امسال شروع به فعالیت میکند

 آسمان خراش های سبز

---

برج کاکتوس ، یک برج مسکونی است که در حال ساخت در هلند است . این برج شامل 98 واحد مسکونی در 19 طبقه است . نتیجه طراحی بالکن های شطرنجی دایره ای این خواهد بود که تمامی واحدها از نور طبیعی خورشید به خوبی بهره خواهند برد . و این، به معنای سبز شدن این برج به طور واقعی است زیرا که بالکن ها مملو از گیاهان سبز خواهند شد . با این که برج از لحاظ بخش تکنولوژی خیلی قوی نیست ، اما تاثیری که در کاهش دی اکسید کربن در محیط اطرافش می گذارد ، قابل توجه و یک امتیاز برای آن محسوب می شود .

هنگامی که برج 340 امسال در شیکاگو به انمام برسد ، اولین برجی خواهد بود که در این شهر بر اساس استاندارد های " لید " بنا شده است . این برج سیستم منحصر به فردی برای جمع آوری و استفاده از آب باران دارد که از هزینه های رایج و اضافی در این مورد می کاهد .

اگر ساخت این برج ( آسمان خراش ) به واقعیت تبدیل شود ، بلندترین برج دنیا خواهد شد . این برج نیز از توربین های بادی برای تولید انرژی بهره خواهد گرفت . اما این تنها شاخصۀ آن نیست ، این برج با پنل های خورشیدی طراحی می شوند . در واقع این پنل ها جزیره ای به مساحت 15000 متر مربع به وجود می آورند که به ساختمان متصل می شوند . و تهویۀ هوا ( ایر کاندیشن ) با آب دریا انجام خواهد شد .
ساخت این برج توسط فاستر و شرکا ، ساختمان 6 طبقۀ قدیمی را دوباره جان بخشید ، ساختمانی که در میان برج های اطرافش بیشتر به یک طرح احمقانۀ معماری شباهت داشت تا یک طراحی شگفت انگیز شهری ! ساختمان قدیمی فقط به عنوان پایۀ برج ایفای نقش می کند و درون آ« کاملا ً دستخوش تغییر شده است و شبکه های در هم تنیدۀ فولادی در آن نمایان هستند .
عده ای از مورخین در مورد کار های قبلی فاستر اعتقاد داشتند که او ساختمان قدیم را در زیر ساختمان جدید مدفون می کند ، که این ایراد گرفته شده در برج هیرست اینگونه حل شده است که نمای سابق حفظ و پهنۀ وسیع فضای داخل را روشن می کند ، به نوع تجدید نظر در نحوۀ کار فاستر دیده می شود .

نگاهی به سنت فاستری :
فاستر در طراحی پارلمان آلمان از یک گنبد شیشه ای استفاده کرد که صرفا ً برای نور رسانی به داخل ساختمان نیست ، بلکه به عنوان نماد معماری و همچنین نشان دادن مشارکت ساختمان در به پایان رساندن قدرت هیتلر و نازی ها است . وی همچنین در ساختمان " the Great Court " در انگلستان با حرکت چرخشی و در هم شیشه ، توجه بینندگان را به رشد ساختمان جلب کرده است . وی از این حرکت در " موسسه بین المللی گالری نقاشی اسمیتسونیان " در واشینگتون و موزۀ هنر های آمریکا استفاده کرده است ( که در مورد کار اسمیتسونیان ، سازه در حال بازسازی و تعمیر است ) .
کالبد قدیمی ساختمان در این پروژه به عنوان لابی و ورودی است و شیشه های نامی آن نور کافی را به درون آن هدایت می کنند و در پله هایی که مراجعین را در طبقات جابه جا می کنند ، آبشار های کوچکی توسط " جیمی کارپنتر " و " جیم گار لند " طراحی شده است که فضای داخل را خنک و مرطوب نگه می دارد و نکتۀ قابل توجه این است که آبی که برای این کار مصرف می شود ، چرخه ای است و با این عمل سالیانه با توجه به فصول 1.7 میلیون گالن آب صرف جویی می شود .
در پاگرد این پلۀ بالا بر یک نماد زمین و آب توسط هنرمند انگلیسی " ریچارد لانگ " ساخته شده است ، که نشانۀ تعهد و مشارکت 40 سالۀ فاستر در حفاظت محیط زیست است .
در بالای ساختمان پایه یا به عبارتی طبقۀ همکف برج کافه ، گالری های بالا رونده در شمال و در جنب بالابر داخلی است که صحنۀ زیبا و دلپذیری از منهتن را به نمایش می گذارد .
یکی از وجه های شور آفرین این برج مقایسه آن با سایر برج های مجسمه ای مانند " کرایسلر " و " سیتی کورپ سنتر " است که دور نما و نگاهی اجمالی به آن ، برج را مانند یک نقرۀ درخشان که راستای خیابان را نشان می دهد .علاوه بر طراحی سازگار فاستر با بنای قدیمی ، وی طرحی سازگار با منهتن را به عنوان نمونه و ارثی برای معماران به وجود آورد .

---

این برج نیز مقدار 10 درصد انرژی مورد نیاز خود را از طریق 7000 پنل خورشیدی و 24 توربین بادی به دست می آورد
این برج قرار است مرکز بین المللی اقتصادی دبی باشد . این برج از 4000 پنل فتوولتائیک ( نوری ) که در نمای جنوبی آن در نظر گرفته شده اند انرژی الکتریکی مورد نیاز خود را تامین می کند . میزان انرژی حاصل معادل انرژی تولیدی 3 میلیون توربین بادی 225 کیلو واتی است .
طراحان برج بانک آمریکا ، معماران کوک + فوکس ،امیدوارند تا به دنبال برج " هیرست "(که نشان طلای لید را گرفت ) نشان نقرۀ " لید " را از آن خود کنند . منتظر خواهیم ماند تا آنها روبان بازگشایی این برج را قیچی کنند . همانند برج هیرست ، برج " بی . او . ای " نیز از پنجره های زیر سقفی بهره گیری کرده است تا نور طبیعی به داخل ساختمان نفوذ کند ، همچنین استاندارد های " اکو گید " را در آن رعایت کرده اند و حتی در برخی موارد بیستر از آنچه مورد نظراین موسسه بوده است . برق این برج با باطری هایی که با گاز طبیعی کار می کنند ، تأمین می شود ؛ و سنسور های جذب انرژی خورشیدی کارآیی آن را افزایش داده است .
یکی دیگر از برج های سبز ، برج شگفت انگیز " رودخانۀ پیرل " است . این برج مغرورانه قدم علم کرده است و در مقابل باد ایستادگی که می کند هیچ ! از آن توسط توربین های بادی ای که درونش قرار خواهند گرفت برای تولید برق و تأمین روشنایی ساختمان بهره می برد . در این برج 71 طبقه 2 تونل هوا تعبیه می شود که جریان باد ار آن ها عبور می کند و توربین ها را به حرکت در می آورد . از خصوصیات دیگر این برج می توان به این موارد اشاره کرد : تبادل حرارتی با زمین ، تهویه از طریق نما ، بی نیاز از ناودان های جمع آوری آب ، پنل های یکپارچه فتو ولتائیک .
انتظار می رود که این برج در سال 2009 افتتاح شود .
سه پروانۀ غول آسای بین این برجها ی 42 طبقه ، 30 متر طول دارند و به میزان 1100 مگا وات انرژی به طور سالیانه تأمین می کنند . فرم برج ، خود عاملی برای سرعت دادن به جریان هواست و به چرخش این پره های غوا پیکر کمک می کند .

این پارک عمودی و بزرگ مکزیک پیش بینی می شود با پانل های بسیار زیاد خود تمام برق مورد نیاز خانه ها و ادرات حوالی خود را تأمین کند.
 

آسمان خراش ژئودزیک ارمنستان   Armanic و Structural Geodesics Skyscraper
 

ژئودزیک با طراحی و مهندسی غیر عادی و سیال گونه ی خود شبیه هیچ یک از طراحی های معماری جهانی نیست. طراحی آن کاملا فضایی بوده و می توان آن را جزء پیچیده ترین و شگفت انگیزترین طرح های معماری جهان به حساب آورد و این طراحی برای استفاده متنوع از جمله هتل، اداره و خانه و... است و با نمای کاملاَ شفاف خود انرژی خورشید را جذب کرده و تولید برق می کند.

v   خانه ماهی

v    برج شانگهای در چین

معمار آمریکایی ، مارشال استرابلا (Marshal Strabala) بلندترین آسمان خراش چین را طراحی کرد.

عملیات ساختمانی بلندترین آسمان خراش چین، برج شانگهای در ۲۹ نوامبر آغاز شد. برج شانگهای  با ارتفاع ۶۲۳ متر توسط مارشال استرابلا طراحی شده است و یک نمونه ی شاخص دیگر در دنیای حرفه ای این معمار آمریکایی است. این پروژه آخرین مورد از سه گانه ی بلندمرتبه سازی استرابلا در دوران اخیر است تا وی اسم خود را به عنوان سازنده و طراح سه سختمان بلند حال حاضر جهان به ثبت برساند که شامل ساخت برج دبی ۱۶۰ طبقه ای دبی در امارات متحده ی عربی (که در حال ساخت است)و مرکز مالی گرینلند نانجینگ با ارتفاع ۴۲۰ متر در نانجینگ چین ( که تا سال ۲۰۰۹ به بهره برداری خواهد رسید) و اکنون برج شانگهای ،است.

خود او معتقد است که این برج با سایر آسمان خراش هایش متفاوت است و می گوید “برج شانگهای نمادی از پویایی آینده ی چین است” و در همین باره اضافه می کند ” این برج نه تنها چین را به عنوان یک پیشرو در آینده و تغییر دهنده ی شکل شهرها معرفی میکند ، بلکه روح پویای چین را در خود خواهد داشت ؛ در دنیا هیچ همتایی برای این برج نخواهد بود”.

این آسمان خراش سه پر با گوشه هایی نرم به آسمان یورش می برد و با یک دهانه ی باز به پایان می رسد. این ساختمان در قد کشیدن منحنی وار خود به سمت آسمان در بالا و کناره ها برای کنترل باد هایی که از بالا و اطراف به آن می وزند در  جاهایی باز شده است.

آسمان خراش ۱۲۰ طبقه ی شانگهای عملکردهایی چون دفاتر اداری، واحدهای مسکونی لوکس، هتل ، رستوران،مراکز خرید و رصدخانه ی عمومی را در خود جای خواهد داد. همچنین در این ساختمان نه منطقه ی مختلف با شرایط آب و هوایی متفاوت ، فضاهای سبز در نظر گرفته شده اند که هرکدام شرایط آب و هوایی و فضای باز و دید پانورمیک (۳۶۰ درجه) خاص خود را به بزرگترین و پر جمعیت ترین شهر جهان دارند.

برج شانگهای یک آسمان خراش سبز است. این برج دارای دو پوسته ی شیشه ای است که برای کنترل انرژی،حرارت و آب در آن به کار گرفته خواهند شد. در واقع با این کاربرای نشان دادن دوستی آسمان خراش و تکنولوژی با طبیعت است.

خود استرابلا دراین باره می گوید ” دو پوسته بودن این برج آن را به یک بطری دو جداره ( فلاسک) تبدیل می کند که باعث می شود تا نور طبیعی به ساختمان نفوذ کند و در مصرف برق صرفه جویی شود ، همچنین بر کیفیت روانی ساکنین بیافزاید، فضاهای داخلی را ایزوله(ضدعفونی) کند و در مجموع در کاهش مصرف انرژی و هزینه ها بسیار موثر باشد”

در همین راستا در بخش بالایی برج توربین های بادی برای دریافت انرژی بادی در نظر گرفته شده اند و فضای سبز ورودی برج  ۱۰۰۰۰ متر مربع وسعت خواهد داشت. با این تدابیر استرابلا برای این آسمان خراش اعتبار موسسه ی لیید (LEED ) امریکا را دریافت کرده است.

استرابلا معتقد است که ساخت این آسمان خراش تا سال ۲۰۱۴ به پایان خواهد رسید. برج شانگهای در همسایگی دو ساختمان بلند دیگر چنی در منطقه ی Lujiazui شهر Pundog  به نام های جین مائو(Jin Mao) با ارتفاع ۴۲۱ متر و  مرکز مالی جهانی (World Financial Center) با ارتفاع ۴۹۲ متر است. این ” سه برادر” در کنار رودخانه ی هوانگپو در مقابل دیده ی جهانیان خودنمایی می کنند.

نتیجه گیری:

باپیشرفت روزافزون شهرنشینی وافزایش بی رویه جمعیت وبه تبعیت ازآن تعددوسایل نثلیه وکاربرد بیش ازحدانرژیهای فسیلی، گسترش ساخت وسازهای انجام شده جهت اسکان وتامین نیاز شهروندان، باالکوهای بعضا کلیشه ای وغیر استاندارد، شاهد ناپایداری ومعضلات زیسات محیطی در بسیاری از کلان شهرها در کشورهای توسعه یافته می باشیم.  در این میان به نظر می رسد کهدر جهت ارتقای کیفیت زیست محیطی وپایداری هرچه بیشتر معماری وشهرسازی معاصر، می توان از بامهای سبز استفاده نمود. بام سبز با فوائدی چون:

1 – بهبود کیفیت هوا تا 85% ذرات گرد و غبار می تواند تصفیه شود .

2 – درجه حرارت خنکتر و رطوبت بیشتر از طریق تبخیر طبیعی

3 – جمع آوری 30 تا 100 درصد بارش سالانه از طریق زهکشی

4 – بام سبز قابل رویت منظره باصفای زیبایی فراهم می سازد

5 – کاهش نیاز به شیوه های مدیریتی فاضلاب

6 – کاهش هزینه های گرمایشی و سرمایشی

7 – افزایش طول عمر بام های سنتی که با چمن پوشیده شده اند .

8 – جانشینی فضای باز در جایی که اکنون سازه قرار می گیرد . می تواند به صورت یک دستورالعمل اجرایی در ساختمان سازی آمده ودر جهت استفاده از انرژی های پاک وتوجه به محیط زیست و ساکنان آن در گستره زمانی  نامحدو د به پایداری هر چه بیشتر معماری وشهرسازی بینجامد.

منابع و مأخذ :

اوستروفسکی ، واتسلاف ؛ " شهرسازی معاصر ، از نخستین سرچشمه ها تا منشور آتن " ؛ ترجمه لادن اعتضادی ، تهران، مرکز نشر دانشگاهی ۱۳۷۱.

امکچی و همکاران، جزوه شهر های جدید، مرکز مطالعات و تحقیقات معماری و شهر سازی ایران، تهران، تیرماه ۱۳۷۹.

بنه ولو، لئوناردو؛ " سرچشمه های شهرسازی نوین "؛ انتشارات امیرکبیر، تهران ۲۵۳۵ شاهنشاهی.

سواد کوهی فر، ساسان؛ " سیر اندیشه های آرمانی در معماری و شهرسازی تعدادی از متفکران "؛ انتشارات بهراد ، تهران ۱۳۷۹.

شوای، فرانسواز؛ " شهرسازی، تخیلات و واقعیات "؛ ترجمع دکتر محسن حبیبی، انتشارات دانشگاه تهران ۱۳۷۵.

مانیاگو لامپونیانی ، ویتوریو ؛ " معماری و شهرسازی در قرن ۲۰ ؛ ترجمه لادن اعتضادی ، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران ، ۱۳۸۱.             

معماری سازمان فرهنگی 86] – سازمان فرهنگی هنری شهرداری تهران، 1386، "مستندات نهائی معماری سازمان".

[مجیدی86] – مجیدی، اردوان، 1386، "مستندات میانی معماری کلان نظام آموزشی کشور برای جامعه اطلاعاتی"، موسسه مطالعات راهبردی فن‌آوری اطلاعات.

www.Google.com

www.Iran_eng.com

www.shahresabz.com

آزمایش لس آنجلس(سایش مصالح سنگی)

مقدمه:

           یکی از راههای تعیین میزان مقاومت در برابر ساییدگی  آزمایش لس آنجلس است.البته در این آزمایش تاثیرات ضربه بر سنگدانه ها نیز منظور است ولذا نمی توان به آن صرفااز دیدگاه سایش نگاه کرد.

  سختی سنگدانه ها معمولا تحت عنوان مقاومت در برابر سایش مطرح می شود.این ویژگی یکی از مهمترین مشخصه های مصالح مخلوط است. به عنوان مثال بتنی که برای کف سازی محلهای پر رفت وآمد با بار سنگین مورد استفاده قرار می گیرد باید در برابر سایش مقاومت شایسته ای از خود نشان دهد . قسمت ابتدایی باند فرودگاه ها را که محل به زمین نشستن هواپیماست ازبتن ویژه این کار می سازند.واگر این بتن در برابر سایش ناشی از اصطکاک وفشار چرخها به اندازه کاقی مقاوم نباشد به مرور زمان مشکلات اساسی ایجاد می کند.

اما به هر حال نتایج این آزمایش معیاری است از استحکام مصالح مورد نظر.در استانداردA.S.T.Mبرای سنگدانه های متوسط از مشخصات ارائه شده تحت شماره C_131وبرای سنگدانه های درشت از مشخسات ارائه شده تحت شماره C_535استفاده        می شود.

لازم به ذکر است که آزمایش لس آنجلس صرفا برای نمونه ها با دانه بندی استاندارد می باشدو جهت تعیین میزان ساییدگی سایر سنگدانه ها از روش های دیگر استفاده می شود.

روشی که در ادامه به توضیح آن پرداخته ایم برای سنگدانه های کوچکتر از 2/3Inch(mm5/37)می باشد.

روش کار:

                 با توضیحات ارائه شده توسط استاد راهنما آزمایش خود را به صورت گروهی ودسته جمعی بدین گونه آغاز کردیم.ابتدا نمونه هایی از سنگدانه ها با دانه بندی استاندارداز داخل منبع مخصوص برداشته وبرای راحتی کار در ظدف دیگری ریختیم و به وسیله الک 19 مقداری از آن را به مقدارKg 5/2 سرند کردیم. که روش وزن کردن آن به روش زیر بود ابتدا وزن سینی را اندازه گرفتیم که می خاستیم مقدار Kg 5/2 از سنگدانه الک شده را در داخل آن بریزیم که وزن آن مساوی  Kg080/1شد.سپس سنگدانه الک شده را در داخل سینی ریختیم تا وزن کل به Kg580/3برسدکه Kg 5/2  آن وزن سنگدانه ها بود سپس سینی را برای ادامه آزمایش کنار گذاشتیم و دوباره سنگدانه های دیگری را با الک19 سرند کردیم.سنگدانه های گذرنده از آن را با الک 12 سرند کردیم وسپس با الک3:8الک کردیم. سنگدانه های گذرنده از الک12وباقیمانده در الک3:8سنگدانه های مورد نظر ما هستند که Kg 5/2 از آن را می خواهیم که طریق وزن کردن آن به طریق مشابه قبلی انجام شد. که این بار وزن سینی Kg070/1بود و وزن کل سنگدانه ها و سینی باید Kg570/3می شد تا Kg5/2 از سنگدانه های مورد نظر را داشته باشیم سپس سنگدهنه های دو سینی را با هم جهت ریختن در دستگاه لس آنجلس مخلوط کردیم.دستگاه لس آنجلس تشکیل شده از یک استوانه تو خالی افقی به قطر داخلی cm70.6_71.7.استوانه از دو طرف بسته و متصل به محوری است که بر محور تقارن آن منطبق باشد وبه درون آن نفوذ نکرده است.دستگاه به گونه ای ساخته شده که استوانه می تواند بطور افقی حول این محور دوران نماید.قسمتی از استوانه قابلیت جدا شدن دارد وبا پیچ به بدنه آن متصل می گردد.این قسمت تنها منطقه ارتباط درون استوانه با بیرون میباشد واز آن جهت بارگیری و همچنین تخلیه دستگاه استفاده میشود.داخل استوانه تیغه ای فلزی به ارتفاعmm91-87و هم طول استوانه در امتداد محور دستگاه قرار دارد.

پس از باز کردن دریچه دستگاه مخلوط سنگدانه ها وتعداد ده عدد گلوله فلزی (450کیلوگرمی)را داخل دستگاه می ریزیم و سپس دریچه را پس از جایگذاری با آچار فرانسه محکم می کنیم وبا دکمه پایینی دستگاه را روشن کرده وزمان را اندازه می گیریم که در حدود 15 دقیقه باید دستگاه روشن باشدکه معادل 500 دور است.وبرای جلوگیری از اذیت گوشها که صدای بلندی دارد در بیرون از آزمایشگاه منتظر می مانیم تا 15 دقیقه تمام شود.بعد از اتمام وقت لازم با فشار دادن دکمه وسط دستگاه را خاموش می کنیم وبا فشار دادن دکمه بالا دستگاه را خلاس کرده تا به کمک آچار پیچ های دریچه را باز کنیم. البته در آزمایش انجام شده به علت سفت و محکم نبودن یکی از پیچها مقداری از سنگئانه ها بیرون ریخته شد که خطای آزمایش را بالا برد.سپس سنگدانه ها را از داخل دستگاه بدین گونه خارج کردیم که محفظه دستگاه را چرخاندیم  تا دریچه آن به سمت پایین قرار گیردو محتویات آن را روی سینی مخصوص دستگاه می ریزیم وگلوله های فلزی داخل آن را جدا می کنیم و در سطل مخصوصش می گذاریم وبا الک نمره 12 آن را سرند می کنیم و مقدار آن را وزن می کنیم و از وزن کل کم می کنیم روش وزن کردن نیز مشابه روش های قبلی است که در این حالت وزن ظرف 1.100کیلو گرم بدست آمد و مقدار کل سنگدانه سرند شده با ظرف4.370 کیلو گرم بدست آمد.

درصد سایش بدین گونه بدست می آید که وزن جرم سنگدانه های رد شده از الک 12 تقسیم بر جرم کل سنگدانه ها ضربدر 100 که نباید از 20 تجاوز کند .

100*(کل سنگدانه ها/رد شده از الک 12)=درصد سایش

در این آزمایش وزن کل سنگدانه ها در ابتدای آزمایش 5 کیکو گرم

 ،وزن سنگدا نه های الک شده از الک 12 به اضافه وزن ظرف370/4 و وزن ظرف 100/1 کیلو گرم بود.مقدار سنگدانه های باقی مانده برابر است با

(100/1-370/4)-5

که نتیجه آن1.73 می شود.

6.34=100*(5/1.73)=درصد سایش

البته خطای ایجاد شده بیشتر به خاطر محکم نبودن پیچ دستگاه و بیرون ریختن مقداری سنگدانه بود،که ما آن را جز سنگدانه های رد شده از الک حساب کردیم.

آجـر

آجر یا آجور یا آگور واژه‌ای است یونانی و به خشت‌هایی می‌گفتند که احکام و فرامین دولتی روی آن نوشته می‌شد (حک می‌گردید)و بوسیله پختن این خشت‌ها، نوشته‌ها را روی آن پایدار می‌کردند.

بدرستی معلوم نیست که آجر از چه زمانی پیدا شده است ولی می‌توان آنرا هم
با پیدایش آتش دانست بدین طریق که گل موجود در کنار اجاق‌های انسانهای اولیه پخته شدو سخت‌تر از کلوخه‌های هم جوار خود گردید و با مشاهده آن بشر اولیه قطعه‌ای از آجررا کشف نمود.

آجر یکی از مصالح ساختمانی است که با خلق و خوی بشر بسیار سازگار بوده و در هر دورانی از تاریخ به نوعی مورد استفاده او واقع شده است. از ابتدا که بشر زنددگی غارنشینی را پشت سر گذاشته و فکر تهیه سرپنهاهی در مغز او ایجاد گردید تا خود را از گزند عوامل جوی مانند باد و باران و سرما و گرما و هجوم جانوران درنده و گزنده محفوظ نگاهدارد. همچنین با گذشت زمان و هجوم قبایل مجاور به یکدیگر برای کسب ثروت و قدرت، بشر به فکر تهیه مصالحی افتاد که اولاً از لحاظ وزن کوچک باشد که بتواند آنرا حمل نماید و در ثانی از لحاظ شکل طوری باشد که بتواند با روی هم قرار دادن آن به مسکن خود از لحاظ هندسی شکل دلخواه خود را بدهد و همچنین باعث حفاظت او بشود. برای رسیدن به این مقصود ابتدا سنگهای کوچک را مورد استفاده قرار داد و بعد
 از آن بفکر تهیه آجر افتاد و با آن توانست سرپناه مورد نیاز خود را بسازد و در ادوار بعد نیز از آجر برای ساختن قلعه و کشیدن دیوارهای بلند به دور شهرها جهت جلوگیری از هجوم دشمن استفاده نمود. در دورانهای بعد نیز آجر را برای ساختن پلها و بالاخره ساختن قصرهای باشکوه مورد استفاده قرار داد.

ساده‌ترین تعریفی که بخواهیم برای آجر بنمائیم آن است که بگوئیم آجر سنگی است مصنوعی که از پختن خاک رس با استخوان‌بندی اصلی سنگ بدست می‌آید و ابعاد و تعداد آن مطابق احتیاج ما، قابل تغییر می‌باشد.

مصرف آجر در ایران سابقه باستانی دارد و از زمان ساسانیان بناهایی بجا مانده است که در آنها آجر مصرف شده. مانند طاق کسری در تیسفون شهر باستانی اقامتگاه زمستانی شاهان اشکانی (عراق امروز) یا کف دالان مسجد جامع اصفهان که برای فرش آن از آجرهایی استفاده شده است که در آتشکده‌های ساخته شده در زمان ساسانیان بکار رفته بود.

استفاده از آ جر در ساختمان چنان با خلق و خوی ما ایرانیان عجین می‌باشد که ساختن بناهای آجری در تمام دوران طول تاریخ همراه ما بوده و تاسالهای 1340 نیز ادامه داشته و بناهای بسیارزیبایی در تهران با آجر ساخته شده که نمونه‌های آن در خیابان لاله‌زار و فردوسی تهران نیز موجود می‌باشد و اکنون که بعلت تراکم جمعیت و ساختن بناهای چندین طبقه استفاده از آجر در اسکلت اصلی ساختمان مقدور نیست و اسکلت آنرا با فولاد یا بتن می‌سازند از آجر بعنوان نماسازی استفاده می‌نمایند و یا در قسمتی از سالن و سایر فضاها، آجر را بطور نمایان)اکسپز) بکار می‌برند.

1-تهیه خاک رس: خاک رسی را که برای تهیه آجر انتخاب می‌کنند لازم نیست که رس خالص بوده و بدون ترکیبات دیگر باشد. فقط کافی ناخالصیهایی از قبیل ریشه گیاهی ـ چوب ـ زغال و غیره در آن وجود نداشته باشد. زیرا این مواد هنگام پختن آجر در داخل کوره سوختن و جای آن خالی می‌ماند و از مقاومت آجر کم می‌کند. خاک مصرف شده برای آجرپزی تحت شماره 1162 موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران استاندارد شده و فرمول کلی آن NH2O و Si2O و Al2o3  است و باید دارای موادی به شرح زیر باشد:

2-عمل آوردن خاک : منظور از عمل آوردن خاک آنست که خاکی حتی‌المقدور یکدست و عاری از کلوخه و مواد خارجی مخصوصاً مواد آلی داشتهباشیم. برای اینکار خاک را هوا می‌دهند و بعد اگز لازم باشد آنرا آسیاب می‌کنند و اگر بخواهند آجر مرغوب تهیه نماید آنرا می‌شویند و پس از خشک شدن از الکلهای مخصوص گذرانیده و دانه‌های درشت آنرا جدا می‌نمایند. و همچنین در این مرحله مواد خارجی خاک را از آن جدا می‌سازندا توجه به مرغوبیت آجر در موقع عمل آوردن خاک دقت‌های لازم را بعمل می‌آورند. مثلاً وقتی که رنگ آجر مطرح باشد باید دانه‌هایی که مانع بوجود آمدن رنگ دلخواه می‌شود از مصالحی که برای پختن آجر تهیه می‌گردد خارج می‌شود، در صورتی که اگر رنگ آجر مطرح نباشد این دقت لازم نیست.

بعد از تهیه مصالح اگر بخواهند از آن بلافاصله استفاده نمایند آنرا به سالهای ساختن گل می‌برند و در غیر این صورت آنرا در سیلوهای مخصوص انبار می‌نمائید.

سیلوهای ذخیره مواد اولیه آجر برخلاف سایر سیلوها فاقد هرگونه وسائل جنبی مانند آنچه که در سیلوهای سیمان توضیح داده شد می‌باشد و فقط کافی است که این سیلوها مکانی سرپوشیده باشند تا مصالح ذخیره شده در خود را از گزند عوامل جوی محفوظ نگاهدارد.

3-ساختن گل: در حدود 20 درصد وزن خاک به آن آب اضافه می‌نمایند. آب مورد نیاز برای ساختن گل باید فاقد مواد خارجی بوده و همچنین نباید آبی باشد که در مراحل مختلف تهیه آجر با خاک‌رس ترکیب شیمیایی بدهد بدین علت بهتر است برای تهیه گل از فاضل‌آب کارخانه‌ها استفاده نشود. بعد از مخلوط کردن آب با خاک آنرا خوب مخلوط می‌کنند. تا تمام ذرات خاک در مجاورت آب قرار گیرد (تر بشود) در کارخانه‌های پیشرفته آجرپزی، این عمل بوسیله مخلوط‌کن‌های مکانیکی انجام می‌شود ولی در کوره‌های قدیمی بعد از آنکه آب و خاک را مخلوط کردند مدتی آنرا بحال خود رها می نمایند (در حدود 3 الی 4 روز) تا رفته رفته آب به تمام ذرات  خاک نفوذ کرده و آنرا تر نماید و همچنین با نفوذ آب در ذرات خاک، کلوخه‌های موجود در آن باز شده و گل بشکل خمیر یکنواخت و نرمی در می‌آید، آنگاه آنرا با لگد زدن و ورز می دهند و بدین وسیله بع یکنواخت شدن گل و باز شدن کلوخه‌هایی که هنوز در مجاورت آب قرار نگرفته‌اند هر چه بیشتر کمک می‌کنند.

مقدار آب موجود در گل باید به حداقل ممکن برسد و این آب باید آنقدر کم باشد که فقط شکل دادن گل را ممکن سازد زیرا هر قدر آب درون گل زیادتر باشد اولاً خشک کردن خشت مشکل‌تر و پرهزینه‌تر می‌شود در ثانی بعد از آن که خشت خشک شد و آب درون متصاعد گردید فضای خالی آن در خشت باقی مانده و موجب پوکی آجر می‌گردد.

4-قالب‌گیری یا خشت‌زنی: بعد از تهیه گل و بعمل آوردن آن آنرا به شکل آجری که می‌خواهند بپزند قالب‌گیری می‌کنند و یا خشت می‌زنند در کارخانه‌های قدیمی خشت‌زنی با دست انجام می‌گردید بدین طریق که قالبی چوبی به شکل آجری که می‌خواستند تهیه نمایند می‌ساختند.

این قالب ممکن بود هر بار یک خشت را قالب‌گیری نماید و یا ممکن بود آنرا طوری بسازند که در هر مرحله دو یا چهار و یا حتی شش خشت را در یک زمان قالب‌گیری کند آنگاه آنرا با دست از گلی که قبلاً تهیه شده و آماده بود پر می‌کردند و با فشار انگشتان کلیه فضاهای خالی که ممکن بود در گوشه قالب بوجود آید پر می‌نمودند آنگاه سطح خارجی آنرا با دست صاف و صیقلی کرده و بعد قالب را که ته نداشت و فقط یک چهارچوب بود بلند می‌کردنددر نتیجه خشت‌های قالب‌گیری شده در محل خود باقی می‌ماند و قالب را کنار خشتها گذاشته و دوباره خشت‌زنی را ادامه می‌دادند بدین طریق یک کارگر معمولی می‌توانست در یک روز کاری 1500 تا 2000 قالب خشت تهیه نماید.

در کارخانه‌های جدید کلیه اعمال خشت زنی با ماشین انجام می‌شود بدین طریق
که گل‌ورز داده شده را به داخل محفظه ماشین خشت‌زنی وارد می‌کنند این ماشین به لوله مارپیچی با فشار به جلو هدایت شده و از دهانه ماشین که به صورت مکعب مستطیل به طول و عرض آجر مورد نیاز می‌باشد خارج می‌شود (در حدود 20 سانتیمتر در 10 سانتیمتر) آنگاه آنرا به ضخامت آجر (حدود 5 سانتی‌متر) با سیم یا گیوتین و یا هر وسیله دیگر می‌برند خشت بریده شده روی تسمه نقاله که به قسمت خشک‌کن متنهی می‌گردد هدایت می‌شود.

در کارخانه‌هایی که قالب زدن با پرس‌های سنگین انجام می‌شود یعنی برای شکل دادن به آجر از لغزندگی دانه ها به رویهم بوسیله آب استفاده نمی‌شود بلکه شکل دادن آجر بوسیله فشار انجام می‌شود. میزان آب را در خاک به 8 درصد تقلیل داده در نتیجه آجر احتیاج به خشک شدن ندارد و مستقیماً از قسمت قالب‌گیری به کوره پخت هدایت می‌شود. میزان فشار لازم برای خشت‌زنی با توجه به مقدار آب خاک متغیر است.

هر قدر آب  بیشتری باشد فشار کمتری نیاز دارد بطوری که برای 8 درصد آب فشاری در حدود 80 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع مورد نیاز می‌باشد. زمانی که باید خشت زیر فشار بماند نیز با توجه به میزان آب و میزان فشار متفاوت می‌باشد باید توجه نمود که خشک کردن آجر بطوری که تغییر شکل هندسی ندهد دارای هزینه می‌باشد و همچنین بخار آب ناشی از خشک شدن آجر در تونل خشک‌کن ایجاد مزاحمت می‌نماید و خارج کردن این بخار از محیط‌خشکنها نیز مستلزم صرف هزینه است حال اگر آب موجود را در خاک به حدود برسانیم و با صرف هزینه شکل دادن آجر را صرفه‌جویی کنیم. زیرا همانطوری گفته شد اگر آب موجود در حدود 8 درصد باشد چنین خشتی احتیاج به خشک کردن نداشته ومستقیماً وارد کوره پخت می‌شود.

همانطوری که می‌دانیم هر توده خاک یا شن وماسه از دانه و آب و هوا تشکیل شده است این مقدار هوا در در خشتی که برای تهیه آجر بکار می‌رود نیز موجود می باشد.

وجود هوا در خشت باعث پوکی قطعه می گردد و هر قدر خشت بدست آمده کمتر هوا داشته باشد در نتیجه دانه‌های ریزتر فضای خالی بین دانه‌های درشت‌تر را پر کرده و جسمی توپر نو با وزن مخصوص بیشتر حاصل شود آجر بدست آمده از چنین خشتی محکم‌تر بوده و در مقابل بارهای وارده مقاوم‌تر می‌باشد برای جلوگیری از ورود هوا به داخل خشت در بعضی کارخانه‌های آجرپزی عمل قالب‌گیری آجر را در محفظه‌ای خالی از هوا انجام می‌دهند بدین طریق که با دستگاههاب مکنده هوای درون لوله‌‌ای که مارپیچ خشت‌زنی در آن قرار دارد به بیرون هدایت می‌کنند تا خشت‌های زده شده فاقد هوا باشد در کارخانه‌هایی که خشت‌زنی با پرس انجام شود نیز عمل پرس‌کاری را میتوان در خلاء انجام داد.

خشکم کردن خشت: در کوره‌های قدیمی که خشت‌زنی با دست انجام می‌گردید پس از چند ساعت که از زدن خشت می‌گذشت و تقریباً خشت می‌توانست شکل هندسی خود را حفظ کند آنرا از محل بلند کرده و از سمت سطح باریک پهلوی یکدیگر می‌چیدند.

بدین طریق سطوح بیشتری از خشت را در معرض جریان هوا قرار می‌دادند و به خشک شدن سریع خشت کمک می‌کردند. البته در این طریقه بعلت غیر نفی بودن اولاً در سطح خشت ناهمواریهایی ایجاد می‌شد و در ثانی بعلت آنکه سطح روی در اثر کوران هوا زودتر خشک می‌شد ولی مغز آن هنوز رطوبت داشته و برای آنکه رطوبت مغز به خارج هدایت شود ناچار در سطح آن ترکهایی ایجاد می گردید. خشک شدن خشت در این طریقه در فصول مختلف سال بین 3 تا 15 روز طول می‌کشد. اصولاً باید توجه نمود که ترک‌های جزئی و سطحی در آجر فشاری که برای گری‌چینی مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین ناهمواریهای سطحی در آن چندان مهم نیست زیرا برای آجرهایی که در گری‌چینی مصرف می‌شود با یک لایه گچ و خاک و سفید‌کاری روی آن پوشانیده می‌شود و آجرهایی  که در نما مصرف می‌شود. بعلت تیشه‌داری ناهمواریها اصلاح می‌گردد. در این صورت برای خشک کردن آجر آن چنان دقتی که برای خشک کردن کاهشی بکار می‌رود لازم نیست.

امروزه در کارخانه‌هایی تمام اتوماتیک برای خشک کردن خشت از کوره‌های هوای گرم استفاده می‌کنند نظیر آنچه را که در تونل کاشی خشک کنی توضیح داده شد. خشت را روی واگنهایی می‌چینند و واگن‌ را به تونل هوای گرم هدایت می‌نمایند پس از آنکه واگن طول تونل را طی نمود خشت از آن طرف تونل خشک شده بیرون می‌آید. مدت خشک شدن خشت در این تونل در حدود 48 ساعت است.

طریق دیگر برای خشک کردن خشت استفاده از دالان‌های خشت خشک‌کنی می باشد این دالانها که اغلب کوره‌های آجرپزی به آن مجهز می‌باشند عبارت از دالانی است که دو طرف آن باز است و هوا می تواند در آن جریان داشته باشد. حرارت این دالان‌های را بوسیله لوله‌های آب گرم تأمین می‌کنند خشت را در قفسه‌های آن می‌چینند با توجه به سردی و گرمی هوا پس از چهار تا 7 روز خشت خشک شده و آماده رفتن به کوره می‌باشد.

آجرپـزی :

آجرپزی یعنی گرفتن آب شیمیایی خاک رس بطوری که هیدروسیلیکات آلومینیوم  به سیلیکات آلومینیوم تبدیل شود و در نتیجه خشت دارای استقامت شده و نیروی فشاری تا حدود 100 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع را تحمل نماید. این عمل بوسیله حرارتی در حدود 900 ردجه سانتیگراد انجام می‌شود بدین طریق که از 100 درجه سانتیگراد آب فیزیکی خشک می‌شود و تا 500 درجه آب شیمیایی خاک رس متصاعد می‌گردد و تا 900 درجه ذرات خاک رس شروع به خمیری شدن نموده و بدین طریق دانه‌های شن وماسه درون خشت را بهم می‌چسبانند و آجر بدست می‌آید.

کوره‌های آجرپزی :

کوره‌های آجرپزی به سه دسته تقسیم می‌شود:

1-کوره آجرپزی با آجر ثابت و آتش ثابت

2-کوره آجرپزی با آجر ثابت و آتش رونده

3-کوره آجرپزی با آتش ثابت و آجر رونده

کار کوره نوع اول ناپیوسته و کار کوره نوع دوم و سوم پیوسته می‌باشد.

1-کوره‌ با آتش ثابت (کوره چاهی و یا کوره‌ حلقه‌ای) این نوع کوره که از قدیمی‌ترین کوره آجرپزی در ایران بوده و تقریباً در هر کارگاه ساختمانی که از کوره‌های آجرپزی دور بوده و حمل آجر به آنجا اقتصادی نباشد قابل احداث است و آن عبارت است از اطاقکی به ابعاد مختلف که انتهای آن به دودکشی ختم شده و در زیر آن محلی برای برافروختن آتش تعبیه گردیده است خشت‌های خشک شده را با فاصله دور آن می‌چینند بطوری که هوا به راحتی بین آنها در جریان باشد و در نتیجه شعله به آسانی بتواند خود را به بالا بکشد آنگاه در اطاق را با تیغه آجری مسدود کرده و از پائین کوره را روشن می‌کنند و ظرف مدت 6 تا 7 روز آجر در این کوره می‌پزد آنگاه خاموش کرده و در کوره را باز می‌کنند و آنرا در هوای آزاد قرار داده خنک شود.

با توجه به اینکه ساختن این کوره بسیار آسان و کم هزینه می‌باشد. هر کارگاه با توجه به وسعت کار خود می تواند دو یا سه و چهار عدد از این کوره‌ها احداث کند تا دچار کمبود آجر نگردد. برای احداث این کوره‌ها حتی می‌توان توده خشت را در هوای آزاد و با فاصله از یکدیگر چیده آنرا با کاهگل به ضخامت 4 الی 5 سانتیمتر پوشانیده سوراخی در بالای آن بعنوان دودکش قرار داد و از پائین کوره را روشن نمود.

جریان هوا در این کوره ها بوسیله دودکش آن تأمین شده و آتش خود را به بالا میکشد سوخت این کوره‌ها می‌تواند هر نوع سوختی باشد مانند مازوت - گازوئیل، نفت و یا زغال‌سنگ و غیره. عیب عمده این کوره‌ها آنست که آتش آن قابل کنترل نبوده و در نتیجه درجه حرارت کوره در نقاط مختلف یکسان نیست در نتیجه از این کوره همه  نوع آجری بدست می‌آید. از آجر نپخته تا آجر جوش و فقط حداکثر حدود 60 تا 70 درصد آجر آن قابل استفاده در ساختمان می‌باشد.

2-(کوره با آجر ثابت و آتش رونده (کوره هوفمان::

این نوع کوره که متداولترین نوع کوره آجرپزی در ایران است اولین بار بدست یک بنای آلمانی بنام فردریک هوفمان ساخته شد و بنام کوره آجرپزی هوفمان نیز مشهور گردید.

این کوره‌ها عبارت است از 15 الی 20 اطاقک به ابعاد تقریبی 4*3 یا 5/3*5/2 که پیرامون یک بیضی یا یک دایره پهلوی هم ساخته شده اند و در وسط این بیضی دودکش بلندی ساخته  شده که به کلیه اطاقکها راه داشته و هوای آنها را تأمین کرده دود حاصل از سوخت را به بیرون هدایت می‌کند.

طرز کار این کوره بدین طریق است که خشت خام خشک شده در دو یا سه اطاقک چیده می‌شود و جلو اطاقکح را بوسیله آجر مسدود می‌کنند آنگاه این اطاقک را از بالا و یا از پهلو زیر آتش قرار می‌دهند و خشت باید سه یا چهار روز در آتش باقی بماند در ضمن اینکه این اطاقک زیر آتش است گروه خشت چین اطاقهای دیگر را خشت چینی نموده و به جلو می‌رود و گروه بنا جلو هر اطاقک که خشت چینی آن تمام شد تیغه می‌نمایند و گروه آتش هر اطاقی را که تیغه شد آنرا روشن نموده و زیر آتش قرار می‌دهند بعد از آنکه آجر پخته شد در آنرا باز می‌نمایندتا آجر در هوای آزاد خنک شود.

در کوره‌های مجهز بوسیله هوای سردی که روی آجر می‌دمند آن‌ها را خنک می‌نمایند آنگاه این هوا را که در هنگام خروج در حدود 400 تا 5000 درجه سانتیگراد حرارت دارد به تونلها و یا دالانهای خشت خشک‌کنی هدایت کرده و از آن برای خشک کردن خشت استفاده می‌نمایند و قبل از آنکه اطاقکها را زیر آتش قرار دهند این هوای گرم را به داخل اطاقکهایی که آجر در آن چیده شده است هدایت کرده و بدین وسیله حرارت محیط را تا حدود 300 درجه سانتیگراد بالا می‌برند و بدین طریق در مصرف سوخت به مقدار قابل ملاحظه ای صرفه جوئی می‌نمایند.

آنگاه آجرهای خنک شده را با دست و یا تسمه نقاله بارگیری نموده و به بازار عرضه می‌نمایند وقتی آجر یک اطاقک بارگیری شد گروه خشت چین در نزدیک آن است و آنرا دوباره خشت‌چینی می‌نماید.

کار این کوره‌ها آن طور تنظیم شده است که همیشه چند اطاق زیر خشت‌چینی و چند اطاق در حال پخت و چند اطاق در حال سرد شدن محصول و بالاخره چند اطاق در حال بارگیری می‌باشند. همانطوری که ملاحظه می‌شود کار این نوع کوره‌ها پیوسته است و می‌تواند در تمام مدت سال محصول داشته باشد.

آتش این کوره‌ها تقریباً قابل کنترل بوده و تقریباً حرارت آن در نقاط اطاقک یکسان است و در نتیجه محصول آن تقریباً یکنواخت می‌باشد و فقط ممکن است 2 تا 3 درصد محصول آن آجرجوش و یا آجر خام باشد.

2-کوره با آتش ثابت و آجر رونده کوره تونلی

این نوع کوره ها بیشتر برای آجرهای ممتاز و یا کاشی بکار می‌رود و طرز کار آن تقریباً مانند کوره‌های کاشی‌پزی است این کوره‌ها عبارت از یک تونل بلند می‌باشند که خشت های خام را در روی واگنت‌هایی چیده و واگنت را به داخل هدایت می‌نمایند. واگنت طول کوره را بصورت خودکار طی نموده و در هنگام خروج آجر روی آن پخته می‌شود، بمحض آنکه یک واگن از در خروجی کوره خارج شد یک واگن دیگر از در ورودی وارد کوره می‌شود واگنهای حامل آجرپخته مستقیماً به قسمت بارگیری و یا دپو می‌رود کار این گونه کوره‌ها نیز پیوسته است.

آتش این کوره‌ها کاملاً کنترل شده بوده و حتی می‌تواند در نقاط مختلف کوره کم یا زیاد بشود. محصول این نوع کوره‌ها کاملاً یکنواخت بوده و کاملاً مطابق برنامه کلی کارخانه می‌باشد.

طبقه‌بندی آجر

آجر را می‌توان از نظرهای مختلف طبقه‌بندی نمود. مانند طبقه بندی آجر از لحاظ رنگ وابعاد و یا جنس و غیره.

طبقه‌بندی آجر از لحاظ جنس آجر:

در بازار کار ایران و در صنعت ساختمان‌سازی آجر بطور کلی به دو دسته تقسیم می‌شود:

1-آجرهای فشاری: آجرهای فشاری که ابعاد آن 5*010*20 و یا 5/5*11*22 سانتیمتر می‌باشد. به این دلیل به آن آجر فشاری می‌گویند که گویا در ابتدای تولید این نوع آجر خشت آن با دست زده می‌شد و با فشار انگشتان کارگران خشت‌زن گوشه‌های قالب بوسیله گل پر می‌گردد.

این نوع آجر برای کلیه کارهای ساختمانی مانند گری‌چینی ـ طاق ضربی - دیوارهای حمال - تیغه‌چینی و غیره مناسب است.

2-آجرهاماشینی: آجر ماشینی و یا آجر سوراخ‌دار که روی سطح بزرگتر آن 8 یا 10 سوراخ به قطر 5/1 تا 2 سانتیمتر موجود است و در بازار کار ایران بنام آجرهای 8 یا 10 سوراخه ماشینی معروف می‌باشد. جنس این آجرها نسبت به آجر فشاری بسیار ترد و شکننده بوده و خاصیت مکندگی آن نسبت به آجر فشاری کمتر است. این آجرها بعلت ترد بودن قابل تیشه‌داری نیستند و بهتر است در طاق ضربی مصرف نشوند زیرا بدلیل آنکه خاصیت مکندگی زیادی ندارند بخوبی به ملات گچ و خاک نمی‌چسبند. وجوکد این سوراخها باعث می‌شود که در هنگام دیوارچینی ملات بطور عمودی نیز در این سوراخها نفوذ کرده و باعث استحکام بیشتر دیوار بشود.

اگر بخواهیم دیوار حمال آجری را با میلگرد مسلح نمائیم مصرف این آجرها با توجه به سوراخهایی که دارد بهتر از آجرفشاری می‌باشد و امکان گذاشتن میلگرد را بهتر میسر می‌سازد. دیوار آجری مسلح را برای مقابل با نیروی زلزله می‌سازند ولی ساختن این نوع دیوارها در ایران معمول نیست.

ابعاد این آجرهای ماشینی 5/5*11*22 سانتیمتر می‌باشد. اضلاع آن نسبتاً گونیاتر بوده و دارای سطح صاف تر و با پستی و بلندی کمتری نسبت به آجر فشاری می‌باشد. به دلیل ترد بودن . خاصیت مکندگی کمتر بهتر است دیوارهای حمال با این نوع آجرها چیده نشوند و بهتر است از آن برای تیغه چینی استفاده شود.

وزن آجرهای ماشینی در ابتدا بواسطه وجود سوراخهایی که دارد از آجر فشاری سبک‌تر می‌باشدولی بعد از اجراء گچ و خاک و با توجه به اینکه سوراخهای آن بوسیله ملات پر می‌شود وزن آن تقریباً مساوی آجر فشاری است (قدرت کمتر) بموجب استاندارد شماره 7 موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران آجر سوراخ‌دار به آجری گفته می‌شود که در سطح بزرگتر آن سوراخهایی وجود داشته باشد و این سوراخها باید تمام ضخامت آجر را طی نماید. بموجب همین استاندارد سطح مقطع مجموع سوراخهای آن نباید بیشتر از 25 درصد سطح بزرگتر آجر باشد. فاصله سوراخها از لبه آجر و همچنین فاصله سوراخها از همدیگر در هر بعد آجر نباید کمتر از 30 درصد طول همان بعد باشد.

انواع آجر از لحاظ رنگ:

در ساختن دیوارهای حمال و طاق ضربی و بطور کلی در ساختن قسمتهایی از ساختمان که روی آجر با مصالح دیگر از قبیل گچ و یا سیمان و یا سنگ پوشیده می‌شود (گری‌چینی) رنگ آجر مطرح نیست، بلکه مرغوبیت آجر مطرح می‌باشد، ولی اگر بخواهیم از آجر برای نماچینی استفاده نمائیم رنگ آجر مطرح می‌باشد آجرهایی که برای نماچینی بکار می‌روند به رنگهای زرد کم رنگ که به آن آجر سفید می گویند و زرد پررنگ که به آن آجر بهی می‌گویند و همچنین آجر قرمزرنگ روشن و یا قرمزرنگ سیر در بازار موجود است.

در حدود سالهای 1320 تا 1340 نیز یک نوع آجر ابلق به رنگهای قرمز و زرد بنام آجر بهمنی به بازار عرضه می‌شد که بوسیله کوره آجرپزی به همین نام تهیه می‌گردید.

ضخامت آجرهایی که در نما، کار می‌شوند ممکن است 3 تا 4 و یا 5 سانتیمتر باشد ولی در دو بعد دیگر این آجرها هم مانند سایر آجرهای فشاری یا ماشینی 10*20 می‌باشد، علت رنگی شدن این آجرها یکی مربوط به طریقه چیدن آجر در کوره و نحوه آتش دادن علت رنگی شدن این آجرها یکی مربوط به طریقه چیدن آجر در کوره و نحوه آتش دادن به آن و کنترل سطوحی که با آتش در تماس مستقیم می‌باشد ، است و دیگر مربوط به اکسیدفلزاتی است که در مواد اولیه آجر موجود می‌باشد. مانند اکسیدهای مختلف آهن و غیره.

بدیهی است برای تهیه مصالح اولیه و همچنین مراحل خشت‌زنی و خشت خشک‌کنی آجرهای رنگی که در نما مصرف می‌شود دقت بیشتری بعمل می‌آورند.

انواع آجر از لحاظ ابعاد

همان طوری که گفته شد ابعاد آجرهایی که در دیوارسازی‌گری بکار می‌رود 5*10*20
 و یا 5/5*11*22 می‌باشد بطوری که ملاحظه می‌شود هر بعد آن برابر بعد دیگر است و این بدان علت است که در موقع چیدن دیوار آجرها را کله راسته می‌چینند و بدین طریق به راحتی می‌توانند بندها را از همدیگر برگردانند (طوری بچینند که بندهای آجر مقابل یکدیگر نباشد.

بجز اندازه‌های فوق، در قدیم اندازه‌های دیگری نیز برای آجر وجود داشت مانند آجرهایی به ابعاد 5*20×20 و یا 4×20×20 که بنام آجر ختایی و یا 5×40×40  بنام آجر نظامی و یا آجر قزاقی معروف بود و بیشتر این نوع آجرها را نظامی و یا قزاقی نامگذاری کردند آن است که گویا برای اولین بار در حدود سالهای 1300 روسها این نوع آجرها را تهیه و در پادگانهای نظامی ایران مورد مصرف قرار می‌دادند. همچنین در حدود نبود و آنها را بشکل مخصوص و برای مکانهای مخصوص با قالب‌های دستی می‌ساختند مثلاً برای هره کردن رگ آخر نمای آجری و یا آجرهایی با نقش‌های برجسته که برای تزئین نماکاری بکار می‌رفت  این گونه آجرها در ساختمانهای قدیمی تهران مخصوصاًدر محله‌هایی مانند خیابان فردوسی و اطراف بازار و خیابان لاله‌زار زیاد دیده می‌شود لازم به یادآوری است که ابعاد آجر طبق استاندارد شماره 7 موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران باید دارای طولی معادل 2220 میلیمتر و عرضی معادل 1105 میلیمتر و ضخامتی معادل 155 میلیمتر باشد ولی متأسفانه این ابعاد کمتر رعایت می‌شود.

مرغوبیت آجـر

آجر مرغوب آجری است که بتواند بارهای وارده از ساختمان را بخوبی تحمل نموده
و خرد نشود که البته مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران بموجب استاندارد شماره 7 روشهایی برای آزمون آجر مرغوب پیشنهاد نموده است ولی از آنجا که وسائل آزمایش در همه کارگاهها مخصوصاً در کارگاههای کوچک موجود نیست و با توجه به اینکه قسمت اعظم آجر تولید شده در مملکت را همین کارگاهها مصرف می‌نمایند. باید طریقی پیشنهاد نمود که یک فرد عادی با کمی تجربه بتواند آجر مرغوب و نامرغوب را از هم تمیز داده و در مکانهای حساس مخصوصاً دیوارهای باربر از آجر مرغوب استفاده نمایند.

آجر مرغوب آجری است که خوب پخته شده باشد و خاک‌رس موجود در آن
در اثر حرارت به مرحله خمیری رسیده و موجب چسبانیدن دانه‌های سنگی داخل خشت به یکدیگر بشود. چنین آجری دارای رنگی باز و روشن می‌باشد رنگ آجر  نامرغوب مات و غیرشفاف است. از بهم زدن دو قطعه آجر مرغوب صدای زنگ بلند می‌شود تقریباً مانند صدائی که از وارد کردن ضربه کوچکی به کاسه چینی سالم بگوش می‌رسد. در صورتی که اگر آجری خوب پخته نشده باشد صدای مرگ می‌دهد، مانند صدای کاسه چینی ترک خورده‌ای که در اثر ضربه‌زدن به آن گوش می‌رسد.

همچنین اگر آجر مرغوب باشد در موقع تخلیه بوسیله ماشینهای کمپرسی تعداد معدودی از آنها می‌شکند در صورتی که تعداد شکسته های آجرهای مرغوب در موقع تخلیه بسیار زیاد می‌باشد. آجر مرغوب توپرتر و متراکم‌تر از آجرمرغوب است در این صورت اگر آجرها را با دست سبک سنگین نمائیم (با دست وزن کنیم) آجرمرغوب سنگین‌تر است. موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران بموجب استادارد شماره 7 آجر را از لحاظ مرغوبیت به سه دسته تقسیم کرده است بشرح زیر: اجر با کیفیت مناسب، آجر با کیفیت معمولی و آجر با کیفیت ویژه.

بموجب همان استاندارد آجر مرغوب درجه یک باید بتواند 350 کیلوگرم و آجر درجه دو 250 کیلوگرم و آجر درجه سه 150 کیلوگرم نیروی فشار را بر سانتیمتر مربع تحمل نماید و در زیر فشارهای فوق بحد گسیختگی برسد.

خاصیت جذب آب آجر یک 15 درصد و آجر درجه دو 16 درصد و آجر درجه سه 18 درصد می‌باشد.

وزن مخصوص آجر:

وزن مخصوص آجرهای مختلف برحسب نوع ساخت و روش ساخت و نوع مصالحی  که در آن بکار رفته متفاوت می‌باشد. مثلاً در آجرهای سوراخ‌دار با ابعاد و مصالح مساوی،
آن آجری که تعداد کمتری سوراخ دارد دارای وزن مخصوص بیشتری است و یا اگر مقدار دانه‌های سنگی در مصالح اولیه آجر بیشتر باشد وزن مخصوص آن بالاتر است ولی بطور متوسط وزن مخصوص آجر مرغوب در حدود 1800 کیلوگرم برمتر مکعب می‌باشد.

خاصیت جذب آب آجر

علت آن که ملات دو قطعه از مصالح ساختمانی را به خود چسبانید و یا بهم بچسباند (مانند دو قطعه آجر و یا سنگ به آجر) آن است که در قطعات مصالح ساختمانی خاصیت مکندگی وجود دارد و بمحض قرار گرفتن در مجاورت ملات، آب آنرا بخود مکیده و مقداری سیمان و یا هر چسب دیگری که  در ملات وجود دارد به آب آنرا بخود مکیده و مقداری سیمان و یا هر چسب دیگری که در ملات وجود دارد به عمق این مصالح نفوذ کرده و در نتیجه ملات می‌تواند  با هزاران  رشته باریک که در اثر مکندگی در آن قطعه بوجود آمده است آن قطعه را بخود چسباند با توجیه توضیح فوق اگر در مصالحی خاصیت مکندگی وجود نداشته باشد آن قطعه به ملات نمی‌چسبد و نمی‌تواند نیروهای وارده مخصوصاً نیروهای کششی و یا نیروهای جانبی را که بهر ساختمان کم و بیش وارد می‌شود تحمل نماید بهمین علت سنگهایی را که خاصیت مکندگی آنها بحد لازم نیست اگر بخواهیم در نما کار کنیم باید با وسائل دیگر از قبیل اسکوپ و یا پیچ و رول پلاک به دیوار بچسبانیم و همچنین اگر خاصیت مکندگی مصالح ساختمانی از مقدار معینی زیادتر باشد بلافاصله کلیه آب ملات مجاور خود را مکیده و مجال ایجاد فعل و انفعالات شیمیایی در ملات را از آن سلب کرده و باعث فساد ملات می‌گردد.

آجری مرغوب است که در صد جذب آن در حدود 15 درصد باشد اگر بخواهیم با وسائل معمولی و غیرآزمایش گاهی خاصیت مکندگی آجر را آزمایش کنیم باید اول آنرا چند ساعت حرارت بدهیم تا رطوبت موجود در آن تبخیر شود آن گاه آنرا وزن کرده و وزن آن را یادداشت کنیم آن گاه آجر را در ظرفی پر از آب قرار دهیم و بعد از مخصوصاً باید توجه نمایند که آجر در هنگام پختن و ذوب شدن جاری نشود زیرا در این صورت قطعات آجرهای مختلف بهم چسبیده وهر 5 یا 6 بلوک آجر یک قطعه شده و کلاً شکل هندسی خود را از دست داده و غیرقابل مصرف می‌گردد.

بدین لحاظ باید قبلاً بوسیله آزمایش درجه حرارت عرق کردن و روان شدن خاک مورد استفاده برای تهیه آجرجوش خاک نرسد. با توجه به اینکه کوره‌های آجرپزی اغلب مجهز به وسائل دقیق کنترل حرارت نمی‌باشد که بتوان در حد یکی دو درجه حرارت آنرا کنترل نمود. لذا بهتر است برای تهیه آجر جوش از مصالحی استفاده شود که فاصله حرارتی بین مرحله عرق کردن و روان شدن در آن مصالح زیاد باشد و این فاصله را بوسیله آزمایش می‌توان تعیین نمود.

وزن مخصوص آجرجوش قدری بیشتر از آجرمعمولی بوده در حدود 9/1 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد.

امراض آجـر:

بطور کلی می توان امراض آجر را در نمکهایی که در آن موجود می‌باشد خلاصه نمود.و آنرا برحسب اهمیت میتوان به دو دسته تقسیم کرده:

1-الوئک                           2-سفیدک

1-الوئک:

 اگر در مصالح تهیه آجر مقداری سنگ آهک (CaCO3 ) وجود داشته باشد و این سنگ آهک همراه خشت وارد کوره بشود در اثر حرارت کوره گاز CO2 آن متصاعد شده تبدیل به آهک زنده می‌شود. (CaO) که اگر این آهک در مجاورت آب قرار گیرد (البته با توجه به ملات و غیره حتماً در مجاورت آب قرار خواهد گرفت) آهک شکفته شده و ازدیاد حجم پیدا می‌کند و این ازدیاد حجم باعث متلاشی شدن آجر می‌گردد و اگر این آجر در نماسازی بکار برده شود به نما منظره بدی می‌دهد. برای جلوگیری از این امر باید اولاً در موقع تهیه مصالح آجر دقت نمود که قطعات سنگ آهک وارد مصالح نشود و قبل از تعیین معادن جهت تهیه مصالح آزمایش شود. در ثانی باید قبل از مصرف آجر نمونه‌هایی از آنرا در اب قرار بدهیم تا اگر اصولاً آجر الگوئکی باشد مشخص شود و از بکار بدن آجر الوئکی مخصوصاً در نماسازی خودداری کرد.

2-سفیدک‌ها:

سفید‌ک‌ها انواع مختلف دارند مانند سفیدکهائی کربناتی، سفیدک‌های سولفاتی، سفیدک های کلروری، سفیدک‌های نیتراتی و غیره.

اگر نمک اسیدهای فوق در مصالح تهیه آجر موجود باشد و با خشت به کوره رفته و در داخل آجر باقی بماند این نمکها پس از آنکه آجر در مجاورت باران قرار گرفت بصورت سفیدک و یا به اصطلاح عامه بصورت شوره روی نما ظاهر شود. علت آن چنین است باران که آبی است مقطر در حین سقوط در مجاورت CO2  موجود در هوا قرار گرفته و با آن ترکیب می‌شود و تولید اسیدکربنیک (H2CO3 )  می‌نماید که یک اسید تند اثر و ناپایدار می‌باشد و اگر این باران روی نماهای آجر ریخته شود به عمق آن نفوذ نماید املاح یاد شده بصورت سفیدک روی آجرنما ظاهر می‌گردد که بسیار بد منظره می‌باشد. برای جلوگیری از آن باید دقت شود املاح مذکور در مصالح تهیه آجر موجود نباشد و آجری که به کارگاه می‌آید مدتی در آب گذاشته شود تا اگر سفیدکی دارد معلوم گردد و برای از بین بردن شوره‌های روی نما باید اندکی از آنرا بعنوان نمونه برداشته و پس از تجزیه شیمیایی معلوم نمود که چه نوع نمکی می‌باشد و حلال آنرا تعیین نموده و بدیهی است در بارندگی بعد شوره روی دیوار دوباره ظاهر خواهد شد.

البته این ازمایشان در اغلب کارگاهها مشکل بوده بلکه غیرقابل اجراء می‌باشد طریق دیگر آنست که شوره‌های فوق را پس از خشک شدن با یک برس سیمی و یا یک تکه گونی پاک نمائیم و تا چند سال که شوره روی نما ظاهر می‌شود بهمین طریق با آن مبارزه نمائیم البته پس از چند سال این نمکها در آجر تمام شده و دیگر سفیدک نمی‌زند.

آجر هـای دیگر:

1-آجر ماسه آهکی

در مناطقی که خاک رس در دسترس نیست و یا بسیار کم می‌باشد ولی ماسه به حد وفور یافت می‌شود مانند سواحل دریا، امکان تهیه آجر مقدور نیست و یااگر تهیه شود بسیار گران خواهد شد و  حمل آن از نقاط دیگر با توجه به هزینه حمل مقرون به صرفه نیست لذا در این مکانها باید از آجر ماسه آهکی استفاده شود.

مصالح مورد نیاز جهت تهیه آجر ماسه آهکی

1-ماسه:

در حدود 95 درصد وزن آجر ماسه آهکی را ماسه تشکیل می‌دهد. جنس این ماسه باید سیلیس باشد Sio2  زیرا باید آهک با سیلیس ترکیب شده و سختی مورد لزوم را حاصل نماید.

حتی المقدور ماسه مورد نیاز باید پاک بوده و عاری از موادآلی مخصوصاً زغال
 و تکه‌های چوب باشد اندازه و قطر دانه‌های ماسه نباید از 6 میلیمتر بیشتر بوده و از یک میلیمتر کمتر باشد و هر قدر درصد دانه‌های یک میلیمتری در مخلوط بیشتر باشد آجری با کیفیت بالاتر بما می‌دهد. مقدار اکسیدمنیزیم Mgo و همچنین خاک رس هر قدر در مخلوط کمتر باشد مناسب تر است. بهرحال درصد وزنی مجموع این دو عنصر تهیه آجرماسه آهکی باید پیوسته باشد.

2-آهک :

آهک مورد نیاز در آجر ماسه آهکی باید خالص باشد و حداقل 90 درصد وزن آهک باید Cao باشد کلیه آهک مورد مصرف باید قبل از قالب گیری آجر کاملاً هیدارته شده باشد (کلیه دانه‌های آن در مجاورت آب قرار گرفته باشد) زیرا می دانیم آهک زنده در اثر مجاورت با آب ازدیاد حجم پیدا می‌کند و اگر ذرات آهک زنده (هیدارته نشده) وارد مخلوط شده و داخل آجر قالب‌گیری شود و این ذرات بعداً در مجاورت آب قرار گیرد می‌کاهد. حداکثر بزرگی قطر دانه‌های آهک نباید از نیم میلیمتر بیشتر باشد. بدین لحاظ آهک را قبیل از مصرف آسیاب نموده. از سرندهای مخصوص می‌گذرانند. مقدار آهک مورد نیاز در آجر ماسه آهکی بین 6 تا 8 درصد وزن ماسه می‌باشد. البته اگر از ماسه ریزدانه‌تر استفاده شود و یا به عبارت دیگر درصد دانه‌های کوچکتر از 1 میلیمتر در مصالح مورد استفاده در آجر ماسه آهکی زیاد باشد باید اهک بیشتری مصرف شود زیرا فرض بر این است دانه‌های آهک مانند فیلم نازکی دور دانه‌های ماسه را پوشانیده و موجب چسبیدن آنها به یکدیگر می‌گردد. (هر قدر دانه‌ها ریزتر باشد سطح مخصوص آن یعنی سطح واحد حجم با واحد وزن آن بیشتر است.)

آب:

آب مورد مصرف در آجر ماسه آهکی باید پاک و بدون دانه‌های شناور باشد. بهتر است از آب آشامیدنی استفاده گردد و در هر حال نمی‌توان از فاضل‌آب کارخانه‌ها که ممکن است با آهک و سیلیس ترکیب شیمیایی داشته باشد استفاده نمود.

مراحل پخت:

پس از تهیه مواد آنها، را مخلوط نموده بطوری که میزان پراکندگی آهک در مخلوط یکنواخت باشد در حین مخلوط کردن سعی بر این است که کلیه آهک‌های موجود در مخلوط هیدراته شود در سیستم‌های مختلف برای هیدراته کردن آهک از طریق مختلف استفاده می‌شود، از جمله کل مخلوط را در ظروف دربسته قرار داده و آن‌ را در زیر فشار چند اتسمفر بخار آب قرار می‌دهند تا بخار آب به کلیه قسمتهای مخلوط ماسه آهک نفوذ کرده و باعث هیدراته شدن کلیه ذرات آهک شود. پس از پایان عمل مخلوط کردن، مواد به قسمت پرس هدایت می‌شود این جابجایی وسیله تسمه نقاله انجام می‌گردد و مواد وارد پرسها اتوماتیک شده و شکل می‌گیرند بعضی از این پرسها قادرند تا 7000 قالب آجر در ساعت تولید نمایند آجرها پس از قالب‌گیری بطور خودکار روی واگنت‌هایی قرار می‌گیرند که این واگنت‌ها وارد کوره شده و پخته می‌شوند آجرها باید در حرارت 250 درجه سانتی‌گراد و فشار 8 تا 17 اتسمفر پخته می‌شوند کوره‌های پخت آجر ماسه آهکی تقریباً شبیه کوره تونلی می‌باشد که قطر آن در حدود 2 تا 5/2 متر و طول آن در حدود 25 متر می‌باشد و به دلیل آنکه این کوره‌ها در هنگام پخت تحت فشار زیاد هستند اصطلاحاً به آنها اتوکلاو می‌گویند. همان طوری که در بالا اشاره شد برای آنکه آجر ماسه آهکی پخته شود به دو عامل حرارت و فشار نیاز دارد حال هر فشار زیادتر باشد زمان پخت کوتاهتر می شود بطوری که با حرارت ثابت اگر فشار 8 اتمسفر باشد زمان پخت  کوتاه‌تر می‌شود. بطوری که با حرارت ثابت 8 اتمسفر باشد زمان پخت در حدود 15 ساعت است ولی اگر فشار 16 اتمسفر باشد زمان پخت به 3 ساعت تقلیل پیدا می‌کند. اقتصادی‌ترین فشار در حدود 15 اتسمفر می‌باشد که در این صورت زمان پخت در حدود 5 ساعت است. بدیهی است که اتوکلاوها دارای وسایلی  هستند که در هر لحظه فشار کوره را اندازه می‌گیرد و در موقعی که کارگران برای وارد کردن و یا خارج کردن آجر می‌خواهند در کوره را باز کنند. بوسیله دستگاههایی فشار داخل کوره را پایین می‌آورند تا خود صدمه نبیند و حتی قبل از پایین آوردن فشار داخل کوره در آن بوسیله ضامنی قفل شده و باز نمی‌شود.

هم اکنون چندین دستگاه از این کارخانه  در نقاط ساحلی ایران مشغول به کار می‌باشد مشخصات باربری آجر ماسه اهکی تقریباً مانند آجرهای فشاری می‌باشد و با آن می‌توان ساختمانهایی 3 الی 4 طبقه را بنا نمود.

مرکز تحقیقات ساختمام و مسکن مشخصات آجر ماسه آهکی را به موجب نشریه شماره 102 پیشنهاد نموده است.

         بلوک سفالی

در بازار ایران اصطلاحاً به آجرهای آسفالتی با حجم زیاد و وزن کم که در موقع قالب‌گیری در آن سوراخهایی بزرکتری ایجاد می‌شود بلوک می‌گویند. بلوک‌های رایج در ساختمان به دو دسته تقسیم می‌شود بلوک های سقفی و بلوک‌های تیغه‌ای.

بلوک‌های سقفی قطعاتی از سفال هستند به پهنای 40 سانتیمتر و ارتفاع 20 یا 25 سانتیمتر و در ازای 20 یا 25 سانتیمتر که دارای لبه مخصوصی می‌باشند که روی تیرچه قرار می‌گیرد و مورد مصرف آن فقط در ساختن سقفهای تیرچه بلوک می‌باشد و بعلت سوراخهایی که در حجم آن ایجاد شده وزن آن بسیار سبک است و هیچ گونه تحمل باربری نداشته و در سقف تیرچه بلوک فقط بجای قالب کار می‌کند که بتن روی سقف را تا زمان سخت شدن نگهدارد.

بلوک‌های تیغه‌ای نیز از آجرهای سبک بوده و فقط حجم آن مورد نظر می‌باشد ضخامت آن 10 تا 8 سانتیمتر است و بلندی و پهنای آن ممکن است 20 تا 25 سانتیمتر باشد و فقط برای جداسازی فضاهای مسکونی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در این مورد هم بعلت فضاهای خالی که در حجم آن ایجاد شده است با توجه به حجم آن بسیار سبک می‌باشد این سفالها هم باربر نیستند.

موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران بموجب استاندارد شماره 7 این آجرها را آجر توخالی نامگذاری نموده و هیج گونه محدودیتی برای تعداد سوراخها و اندازه آن و درصد سطح سوراخها به سطح کل قطعه در نظر نگرفته است.

مواد اصلی تهیه این بلوک‌ها نیز خاک‌رس می‌باشد ولی در تهیه مصالح آن دقت بیشتری بعمل می‌آید زیرا تغییر شکل این بلوک‌ها به نسبت آجر فشاری از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد و همچنین در مراحل پرس‌کاری و خشک کردن و پخت نیز باید دقت شود تا تغییر شکل آجر به حداقل برسد.

منـابع و مأخـذ :

1-ساختمان و اجزاء ساختمان  ، تألیف همین نگارنده .

2- دیقلهای ساختمانی ، تألیف همین نگارنده .

2- مصالح ساختمانی : ، تألیف احمد حمامی .

4- راهنمای بتن سازی ، تألیف احمد حمامی .

5- تکنولوژی کار و مصالح : تألیف احمد حمامی  از انتشارات دانشگاه علم وصنعت.

تعامل و همکاری و همیاری و روابط حسنه مهندس عمران با مهندس معماری

درشروع کار

یک ساختمان طراحی شده طرحی درمقابل قراردارد که باهمکاری مهندس ساختمان تهیه می شود. برای اینکه طراحی واستراکچر درارتباط نزدیک بایکدیگر باید باشند. برای طراح سیستم باربر ساختمان نیاز به تجربه است که  آن موجب انتخاب روش واقتصادی ماده ساختمانی ویک سیستم مناسب باربری می شود  که هدایت درست عملیات ساختمان ساده ترین روش تقریبی محاسبه بسیار مهم است .

طرح پس از اینکه به صورت قابل رویت ترسیم می شود محاسبات نهایی استاتیکی انجام می شود .

درآخر وارد جزییات کار می شود سپس طرح نهایی اجرایی ترسیم می گردد.

طراحی خوب همراه استراکچرمطمئن واقتصادی برای یک ساختمان نیاز به شناخت درمورد مصالح ساختمانی ، سیرنیرو ، اندازه ها ، اجراو نوع  آن و همچنین نظارت وسیح ودقیق ، تمرین واستعداد ذاتی می باشد.

بخاطر هماهنگی وتوضیحات واضح بین کارفرما ،  مهندس ، شرکت اجراکننده ومسئولین ساختمان مثل شهرداریها می بایست برای ایجاد یک ساختمان مدارک زیر ارائه شوند.

طراحی معماری ، محاسبات استراکچربانقشه های دارای پوزیسیول ، فهرست بهاء باتوضیحات مربوطه خصوصا نوع مصالحی که باید درآن استفاده شوند پلان زمانبندی وبرای مصالح ساخنمانی جدید و تازه عرضه شده ازتولیدهای مخصوص ، باید کنترل مخصوص درمورد مرغوبیت وایمنی ، احنمالا برگه آزمایش موجود باشد.

تمام محاسبات باید به آسانی قابل کنترل باشند درصورت استفاده از فرمول خاص ازمنابع غیر قابل دسترسی آنها به اثبات برسند یعنی نحوه رسیدن به آن فرمول محاسبات باید حتی با گذشتن سالها قابل دسترسی و قضاوت باشد.

تعامل بسیار نزدیک مهندس سازه م وعماری بسیار مهم است. همکاری این دو، باعث بوجود آمدن طرحی ایمن،اقتصادی و زیبا و ماندگار می شود.این دو باید مکمل هم باشند نه مخرب هم.

پس از بوجود آمدن طرح،و بدست آمدن نقشه های اجرایی سازه،معماری و تاسیساتی،اطلاعات بدست آمده از مطالعات ژئو تکنیکی پروژه که شامل مطالعه نوع خاک،گمانه زنی،تعیین عمق سفره های آب زیر زمینی، جنس خاک،پهنه خطر پذیری خاک از منطقه و .... مقاومت خاک از مقاومت برشی و چسبندگی بدست می آید و پی طراحی می شود.عمق پی و عرض پی با توجه به جنس خاک و بارهای وارده تعیین می شود.نوع کاربری سازه و درجه اهمیت آن هم بسیار مهم است.

«1+5» اصل برای خرید مسکن

«1+5» اصل برای خرید مسکن

‎ نویسنده : مهدی محمدی

آنچه در این مطلب به شما توصیه می‌شود، شاید تجربه به دست آمده از حداقل 10 سال‌ فعالیت ملک‌بازها باشد.«ملک‌باز» به کسانی گفته می‌شود که دلال نیستند، بنگاه معاملات ملکی هم ندارند، اما خیلی خوب و هوشمندانه بلدند با یک نفر دلال یا یک مشاوراملاک کارکشته، چگونه باید وارد مذاکره شوند تا میز معامله را به نفع خود تغییر دهند.

کارشناسان اقتصادی به این گروه–ملک‌بازها- سوداگر یا سفته‌باز می‌گوید. از نظر کارشناسان، سوداگران بازار مسکن یعنی افرادی که به قصد تجارت و استعمار اقتصادی، اقدام به خرید ملک می‌کنند. این خرید آنها از یک‌سو به کاهش عرضه برای متقاضیان مصرفی –مردم عادی- منجر می‌شود و از سوی دیگر به دلیل کمبود عرضه، باعث افزایش قیمت مسکن می‌شود. در نتیجه سوداگران پس از مدتی از خریدشان، آن را می‌فروشند تا از رشد‌قیمت، سود کسب کنند.
وجود ملک‌بازها در بازار مسکن از اساس نادرست و نشانه بیماری در اقتصاد کشور و بالاخره آسیب‌زا برای مردم است، اما نوع حرکت آنها، می‌تواند الگوی فوق‌العاده مناسبی برای شما به عنوان خریدار مصرفی آپارتمان باشد! دقت در حرکت ملک‌بازها نشان می‌دهد: این گروه 1+5 اصل را در هر معامله‌ای که انجام می‌دهند، رعایت می‌کنند.
این اصول چیست؟
اصل اول: حقه‌پذیر نباشید
همه کسانی که برای اولین‌بار وارد بازار خرید ملک می‌شوند، از قبل انتخاب‌هایی دارند و مثلا به دنبال آپارتمانی با متراژ مشخص، عمر بنای مشخص و حتی در محله‌ای مشخص هستند. در این میان، بسیار اتفاق افتاده است که متقاضی وارد بنگاه می‌شود و دلال بدون دقت در آنچه مشتری درباره انتخابش می‌گوید، شروع می‌کند به گفتن از فایل‌هایی که در بنگاه دارد. در این حالت دلال سعی می‌کند آنچه را دارد به مشتری بفروشد نه آنچه را مشتری می‌خواهد. این موضوع برای خریدارانی که به دلال آشنا مراجعه می‌کنند، بسیار اتفاق می‌افتد. بنابراین اکیدا توصیه می‌شود، هرگز به سفارش غیرمرتبط دلال و مشاور‌املاکی گوش نکنید و بر خواسته‌های خود محکم بایستید. دلالان حتی برای تغییر موضع شما اصرار می‌کنند که مثلا فایلی که در اختیار دارند به مراتب بهتر و ارزان‌تر از آپارتمانی است که شما به دنبال آن هستید، اما با همه این حرف‌ها، به هیچ وجه اجازه ندهید دلال برای شما تصمیم بگیرد.
اصل دوم: نترسید
معمولا وقتی دلال و بازاریاب یا مشاوراملاک به این تشخیص می‌رسد که شما یک آپارتمان مورد بازدیدشده را پسندیده‌اید و تقریبا نسبت به خرید آن، مصمم هستید، از فردا شروع می‌کنند به تماس تلفنی با شما و خالی کردن دلتان. دلالان برای اینکه زودتر معامله را جوش دهند، در تماس‌های مکرر تلفنی شما را از اینکه مشتری دیگری پای ملک خوابیده و حتی یکی دو نفر هم مبلغی را به عنوان بیعانه به فروشنده داده‌اند، تحریک می‌کنند تا هرچه سریع‌تر بتوانند با دریافت بیعانه از شما، فروش آپارتمان را قطعی کنند و خیالشان از حتمی‌بودن معامله راحت شود.در این مواقع شما خیلی خونسرد و راحت، از پرداخت بیعانه پرهیز کنید و پرداخت هر میزان پول را به روز موعود در بنگاه و با حضور فرد فروشنده به همراه مدارک ملک، موکول کنید.
اصل سوم: مدارک ملک را ببینید
یادتان باشد کسی که برای شما دلالی می‌کند فقط به دنبال پورسانتی است که از محل انجام معامله برای خودش به دست می‌آورد. برای همین است که در قولنامه‌هایی که شما با فروشنده امضا می‌کنید، بندی وجود دارد با این مضمون: صحت و سلامت معامله را خودم تایید می‌کنم و در صورت بروز مشکل، خودم آن را گردن خواهم گرفت.
بنابراین لازم است بعد از انتخاب قطعی و قبل از تنظیم قولنامه، صحت و سلامت حقوقی آپارتمان مورد معامله را خودتان کنترل و بررسی کنید. شما خودتان باید با چشمان خودتان، سند و پایان‌کار آپارتمان را ببینید و مشخصات مالک را در آن با شناسنامه‌ و کارت‌ملی کسی که به عنوان فروشنده جلوی شما نشسته مطابقت دهید. اگر دلال به شما گفت «لازم نیست مدارک را ببینید، ما خودمان قبلا مدارک را کنترل کرده‌ایم»، شما باید در واکنش به این حرف، تصمیم 180 درجه‌ای بگیرید! یعنی باید مصمم شوید که مدارک را حتما ببینید. بسیار اتفاق افتاده است که خریداران به خاطر همین اطمینان و اعتمادهای نابجا، کلاه بزرگی سرشان رفته و بلافاصله بعد از خرید مجبور شده‌اند در محاکم قضایی علیه فردی که خودش را فروشنده جا زده، اقامه دعوا کنند.
اصل چهارم: اول کلید، بعدا چک
بعد از آنکه قولنامه را امضا کردید، اول باید کلید واحدمسکونی را از فروشنده دریافت کنید و بعد از آن، چک مبلغ معامله را واگذار کنید. بعضا اتفاق افتاده است که دلال مسوولیت اخذ کلید از فروشنده را تقبل می‌کند، اما شما چنین پیشنهادی را اصلا قبول نکنید. بعد از امضای قولنامه، هیچ دلیلی وجود ندارد که فروشنده کلید واحد را به شما تحویل ندهد.
اصل پنجم: چک رمزدار ندهید
برای پرداخت مبلغ، از قدیم عرف بر این بوده که خریدار ملک، چک رمزدار در وجه فروشنده از بانک می‌گیرد و در پایان تشریفات مخصوص تنظیم معامله در بنگاه، به فروشنده می‌دهد. اما ملک‌بازها هرگز از چک‌ رمزدار برای خرید استفاده نمی‌کنند. چک‌ رمزدار بعد از اینکه در بانک به نام فرد فروشنده ملک، صادر می‌شود، به هیچ وجه قابلیت برگشت خوردن به نام صاحب چک–خریدار- را ندارد، به‌طوری‌که صاحب چک اول و آخر مجبور است آن را به فروشنده بدهد. در این حالت اگر به هر دلیلی–مثلا نقص مدارک ملک یا طلب انصراف فروشنده از قیمت مورد توافق- معامله به هم بخورد، چک رمزدار صادر شده، باید به فروشنده داده شود تا فروشنده آن را نقد کند و سپس به حساب خریدار واریز کند! بنابراین ریسک این نوع چک بانکی در معاملات ملکی زیاد است. در این باره توصیه می‌شود خریدار از چک تضمینی استفاده کند. چک تضمینی بنام خود خریدار صادر می‌شود و اگر معامله انجام شد، خریدار با دو امضاء پشت چک، می‌تواند آن را تحویل فروشنده دهد در غیر اینصورت، هنگام به هم خوردن معامله، چک توسط صاحب‌چک قابل نقد شدن است.
اصل آخر: تسلط بر «خود و معامله»
توصیه کلیدی به شما برای خرید مسکن در بازار نابسامان امروز، داشتن اعتماد به نفس کامل و پرهیز از اگر با تسلط کامل بر اوضاع بازار، سنجیده تصمیم بگیرد به راحتی می‌توانید 5 اصل اول را رعایت کنید در غیر اینصورت، در همه این اصول 5گانه بازنده خواهید شد.

گزارش کار عملیات نقشه برداری 1

 گزارش کار عملیات نقشه برداری 1

 

عنوان گزارش:متراژ دو نقطه معین به صورت اتقاقی در چندین مورد تا خطای دید مشخص شود.

وسایل لازم: یک عدد متر

به طوری که دو نقطه را مشخص کرده و متر را بصورت چندین مورد بر روی  این دو نقطه مشخص قرائت کردیم که در قسمت پایین مشخص شده:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

0.124 0.262 0.281 0.084 0.138 0.189 0.347 0.253 0.358 0.393 0.192 0.256 0.311 0.222 0.242 0.553 0.658 0.482 0.713 0.804 1.513 2.229 2.753 3.163 4.243 5.422 5.801 6.244 6.673 7.511 8.647 8.957 9.404 10.129 10.567

3.641=3.517 3.778=3.516 3.797=3.516 3.599=3.515 3.652=3.514 3.102=2.913 3.860=3.513 3.770=3.517 3.872=3.514 3.904=3.712 3.703=3.511 3.780=3.515 3.823=3.512 3.739=3.517 3.754=3.512 4.064=3.514 4.171=3.513 3.998=3.516 4.224=3.511 4.319=3.515 5.029=3.516 5.543=3.314 6.270=3.517 6.679=3.516 8.459=4.186 8.938=3.516 9.313=3.512 9.760=3.516 10.189=3.516 11.024=3.513 12.160=3.513 12.470=3.513 12.220=3.516 13.645=3.516 14.081=3.514

اندازه های گرفته شده را به طوری که نقطه اول را از نقطه دوم کسر کرده و کلیه جواب ها را باهم جمع کردیم و تقسیم بر تعداد آنها کردیم که جواب نهایی بدست آمد.

لازم به ذکر است اندازه هایی که تفاوت زیادی دارند از رده خارج کردیم

اندازه دو نقطه اول که انتخاب کردیم بدین صورت است.

نتیجه گیری: قرائتی که دو نقطه انتخابی را داشتیم به اندازه (3.513) بود که با انجام عملیات خطای دید مشخص شد و اندازه (3.514) بدست آمد

برخی خطا های دیگر: انسانی ، دستگاهی ، عوامل جوی

عنوان: پیدا کردن اختلاف ارتفاع و طول بین دو نقطه مشخص توسط دوربین نیوو

وسایل مورد نیاز:

دوربین نیوو(دوربین نیوو شامل دو عدسی شیئ و چشمی و چند پیچ برای وضوح تصویر و مگسک و یک تراز کروی و یک دایره مدرج 360 درجه در زیر دوریبن  و 3 پیچ برای تراز کردن دوربین و... می باشد) ، دوربین نیوو برای قراول روی افقی بکار می رود. شاخص (میله ای مدرج معمولا  4 متر که از جنس الومینیوم و یا چوب می باشد)، تراز نبشی ، سه پایه ، متر

شرح کار:

برای انجام کار ابتدا سه پایه بروی زمین گذاشته و تاحد امکان با چشم آنرا تراز می کنیم ارتفاع دوربین بهتر است تا زیر چانه ی شخص باشد  لازم به ذکر است که جای دوربین چندان اهمیت ندارد و دلخواه خواهد بود سپس دوربین را بروی آن نصب کرده و توسط تراز کروی که بروی  دوربین تعبیه شده است آنرا تراز می کنیم بع د از نصب دوربین شاخص را بر روی  نقطه مورد نظر گذاشته و آنرا توسط تراز نبشی تراز کرده و با دوربین به آن نگاه می کنیم برای راحتی بیشتر کار می توان ابتدا با مگسک به شاخص نگاه کرد در تصویر مشاهده شده از صفحه ریتیکول سه تار افقی که به ترتیب از بالا به پایین تار بالا ، تار وسط ، تار پایین نام دارند ویک تار عمودی می بینیم ، برای پیدا کردن اختلاف ارتفاع و همچنین پیدا کردن اختلاف طول دو نقطه ما نیاز به قرائت هر سه تار افقی داریم بعد از یاداشت کردن مشخصات نقطه اول شاخص را بر روی نقطه  بعدی گذاشته و همین کار را مجددا برای همین نقطه نیز انجام می دهیم برای فهمیدن دقت کار می توانیم با متر نیز همین فاصله ها را اندازه گیری کنیم و تمامی اطلاعات بدست آمده را در جدولی یاداشت می کنیم

فاصله	فاصله(دوربین)		تار پایین	تار وسط	تار بالا	نقطه
8.910 13.200 7.250 15.250 5.415 16.700	8.800 13.00 7.100 15.00 5.200 16.500	-1120	1567 2665 1551 2630 1569 2630	1610 2730 1585 2705 1595 2714	1655 2795 1622 2780 1621 2795	A1 A2 B1 B2 C1 C2
		-1120
		-1119

= B.S – F.S

 X 100(تارپایین-تاربالا) =فاصله

نتیجه: دوربین نیوو یک وسیله ساده و خوب برای قراولروی افقی و پیدا کردن اختلاف ارتفاع و فاصله  بین دو نقطه است و نسبت به روش های گذشته در زمان کمتری این کار را انجام می دهد

عنوان گزارش: پیدا کردن اختلاف دو نقطه به روش تراز یابی تدریجی توسط دوربین نیوو

وسایل مورد نیاز: دوربین تیوو ، دو عدد شاخص ، دو عدد تراز نبشی

 شرح کار: روش کار به این صورت است که در ابتدا نقاط ابتدا و انتها را مشخص می کنیم و مابین این دو نقطه را به فواصل برابر تقسیم می کنیم بهتر است برای دقت کار فواصل را 25 قدم در نظر بگیریم . لازم به ذکر است هر چه قدر این فواصل کم تر باشد دفت کار ما بیشتر خواهد بود در نقطه اول شاخص را قرار می دهیم و 25 قدم جلو می رویم و جای دوربین را مشخص می کنیم و سپس 25 قدم جلو می رویم

و نقطه بعد که جای شاخص دوم  می باشد را پیدا می کنیم یعنی در مجموع 50 قدم و یک نقطه وسط که جای دوربین است .  دوربین و شاخص را تراز کرده و مشخصات نقطه را قرائت می کینم  و این کار به همین طریق انجام می دهیم و جلو می رویم بعد از نقطه دوم ، جای شاخص دوم ثابت می ماند و دوربین به 25 قدم جلو تر و همین طور شاخص اول را برداشته و به 25 قدم جلوتر از جای جدید دوربین گذاشته و شاخص که ثابت بود فقط در محل خودش چرخش دارد یعنی به جز نقاط اول و دوم که فقط بکسایت و فورتسایت دارند نقاط وسطی هر دو قرائت را دارند . این کار را تا آخر انجام میدهیم برای نقطه آخ ر جای دوربین را درست در وسط فاصله گذاشته تا خطا نداشته باشد مهم نیست که 25 قدم باشد و در انتها به نقطه آخر می رسیم برای این که دقت کار خود را ببینیم می توانیم همین کار را به صورت برگشت انجام دهیم.

برای محاسبه اختلاف ارتفاع دو نقطه می توانیم این کار را به دو صورت انجام دهیم یک روش به این صورت است که اختلاف قرائت جلو و قرائت عقب هر نقطه را بدست می آوریم و با ارتفاع  نقطه قبلی که که معمولا ارتفاع نقطه اول را 100 متر و یا 100000 ملی متر می گیرند  جمع جبری می کنیم که در آخر اختلاف ارتفاع نقطه (ای و بی) بدست می آید روش دوم نیز به همین صورت است ولی با این تفاوت که تمامی قرائت های غقب را با هم جمع کرده و همین طور تمامی قرائت های جلو را و در آخر باهم جمع جبری که باز هم به همان اختلاف ارتفاع می رسیم . همان گونه که از جدول دیده میشود اختلاف ارتفاع که رفت و برگشت بدست آمده اند با هم 10 میلی متر اختلاف دارند همان طئر که می دانید  چون نقاط ما ثابت اند نباید اختلاف به وجود آید ولی این اختلاف همان خطای کار است هرچه دفت کار بیشتر شود  این اختلاف به صفر نزدیک تر می شود

نتیجه گیری:

روش تراز یابی تدریجی یک روش خوب و دقیق برای پیدا کردن اختلاف دو نقطه می باشد ولی همان گونه کخه مشاهده گردید وقت زیادی صرف خواهد شد و خطای انسانی و خطای دستگاه و عوامل محیطی تاثیر بسیاری بر کار می گذارند

رفت:

نقاط	قرائت عقب	قرائت جلو	اختلاف ارتفاع		ارتفاع MM
			-	+
A 1 2 B	1744 1640 0440 -	- 1465 1540 2320	- - - 1880	- 0279 0100 -	100000 10279 100379 98499

B-A=-1501

برگشت:

نقاط	قرائت عقب	قرائت جلو	اختلاف ارتفاع		ارتفاع MM
			-	+
A 1 2 B	2320 1541 1480 -	- 0440 1645 1765	- - 0104 0285	- 1880 - -	100000 101880 101776 101491

A-B=1491

خطا=1491-(-1501)= 2992

عنوان: تهیه و رسم پروفیل طولی

وسایل مورد نیاز:  ترازیاب ، سه پایه ، شاخص ، تراز مخصوص ، ژالون سه عدد ، نوار اندازه گیری ، میخ چوبی و پتک یا چکش

گزارش کار:

ابتدا در یک متداد به فاصله 50 متر به فواصل 10 متر عمل میخ کوبی را انجام میدهیم که این امر به کمک ژالون ها برای قرار دادن میخ های چوبی در یک امتداد میسر می شود سپس پس از کوبیدن میخ در محل های بدست آمده به کمک دوربین تراز یاب و شاخص رقم تار وسط هر کدام از محل های مورد نظر را بدست می آوریم  برای این امر ابتدا دوربین را در یک محل دلخواه بیرون از خط امتداد میخ ها قرار میدهیم و بعد از آن در این عملیات برای بار اول تار های نقاط ( ای و بی و سی)  را بدست آوردیم سپس محل دوربین را تغییر می دهیم و تار های نقطه قراعت جلو (مشترک) و بقیه نقاط (در این عملیات  دی - ایی - اف ) را بدست می آوریم در که دجدول زیر به طور کامل این عملیات مشخص می باشد.

حال به کمک قراعت های عقب ، وسط و جلو بدست آمده نقاط ارتفاع هر نقطه را بدست می آوریم و سپس بو سیله فاصله نقاط از هم (10 متر) پروفیل طولی را رسم می کنیم.

جدول ترازیابی

P	B.S	M.S	F.S	فاصله m	ارتفاع دستگاه mm	H mm
A	1798	-	-	10.000	101798	100000
B	-	1602	-	10.000	101798	100196
C	2043	-	1311	10.000	102530	100487
D	-	1843	-	10.000	102530	100687
E	-	1682	-	10.000	102530	100848
F	-	-	1475	10.000	102530	101055

عنوان: کار با دوربین تئودولیت

وسایل: دوربین تئودولیت،سه پایه ، 2 تا زالون ، 2 تا تراز نبشی

آشنایی با دوربین تئو دولیت:

تئودولیت ها دستگاه های اندازه گیری زاویه می باشند  دقت زاویه افقی و قائم بروی صفحه نمایش 5 ثانیه (یک هزارم گراد) ، 10 ثانیه (سه هزارم گراد) و 20 ثانیه (پنج هزارم گراد) می باشد ضمنا با استفاده از تکنولوژی میکروکامپیوتر ذخیره داده ، نمایش و انجام محاسبات بطور اتوماتیک در اختیار گذاشته می شود.

دستگاه زاویه افقی و زاویه قائم را می تواند به طور همزمان قرائت و نمایش دهد

آماده سازی:

تراز کردن دستگاه و اماده  کردن دستگاه برای اندازه گیری 1. نصب سه پایه: نخست پایه های سه پایه را در محل مناسب قرار و پیچ پایه راببندید

2. قرار دادن تئودولیت روی پایه: دستگاه را با دقت روی سه پایه قرار دهید پیچ سه پایه را ببندید و کمی پیچ سه پایه را شل کرده و حرکت دادن دستگاه روی سه پایه  شاقول ایتیکی را روی نقطه نقشه برداری تنظیم کنید وقتی دستگاه روی نقطه نقشه برداری قرار گرفت پیچ سه پایه را محکم کنید.

3. تراز کروی: برای این امر با شل کردن پیچ پایه ها و بالا و پایین بردن آنها تراز کروی روی دوربین را به حال تراز ببریم

4. تنظیم تراز استوانه ای: با استفاده از پیچ های تراز (بی و ای) حباب تراز استوانه ای را در امتداد (بی و ای ) به مرکز هدایت کنید  تئو دولیت را 90 در جه بچرخانید و در امتداد عمود بر (بی و ای ) قرار داده و با پیچ (سی) تراز استوانه ای را دوباره تراز می کنیم

نکته: استقرار دقیق دستگاه با شاقول اپتیکی: توجه داشته باشید این ام رباید قبل از تراز کردن دستگاه صورت گیرد کافی است پس از قرار دادن پایه و دوربین روی آن یکی از پایه ها را در زمین فرو کرده و با حرکت دادن دو پایه دیگر و به کمک چشمی مخصوص روی دوربین تصویر را برروی علامت نقطه مورد نظرتان ببرید

روشن کردن دستگاه: دستگاه را با کلید پاور روسن می کنیم. و برای بستن صفر زاویه قائم باید تلسکوپ را بچرخانیم.

5. اندازه گیری:

اندازه گیری زاویه افقی راستگرد و زاویه قائم تثبیت مد اندازه گیری زاویه.

1-تنظیم (میزان کردن نقطه ای) (فراورانی به نقطه ای) 2- بستن زاویه صفر افقی به نقطه ای. 3- قراولروی به نقطه بی زاویه افق و زاویه قائم نشان داده می شود.

چگونگی قراول روی:

1.تلسکوپ را بطرف روشنایی قراولروی کنید ، حلقه دیوپتر را بچرخانید تا تارهای رتیکول بوضوح مشاهده شوند. ( نخست حلقه را به جلو بچرخانید وپس از فوکوس کردن حلقه را به عقب برگردانید)

2. مشاهده نقطه قراولروی (قراولروی رو به نقطه مورد نظر)

3. فوکوس کردن روی نقطه قراولروی با پیچ فوکوس.

عنوان: پیدا کردن زوایای یک مثلث بو سیله دوربین تئودولیت

تاریخ گزارش کار: 1 . 9 . 88

ابزار کار: دوربین تئودولیت ، سه پایه ، دو عدد ژالون ، دو عدد تراز نبشی

شرح: ابتدا سه نقطه تعیین میکنیم به نام های آی – بی –سی سه پایه را یکی از اعضای گروه بر روی نقطه آی تنظیم میکند و دوربین را بر روی سه پایه گذاشته و آن را با تراز بالا وپایین که برروی دوربین هست میزان می کنیم سپس یکی از اعضای گروه یکی از ژالون ها را روی نقطه بی به وسیله تراز نگه می دارد آنگاه شخص شماره 1 با دوربین ، ژالون را می خواند (دوربین را روی ژالون تراز شده تنظیم می کنیم و عدد آن افقی آن راصفر میکنیم) دوربین را می چرخانیم و آن را روی ژالون دیگر که یکی از اعضا ی گروه که آن را نگه داشته تنظیم می کنیم یعنی نقطه دیگر نقطته سی را می خوانیم که این عدد همان زاویه آی است به همان ترتیب شخص شماره یک سه پایه را جا به جا می کند و دو نقطه بی و سی هم زاویه های بی وسی را می خواند در نتیجه هر فرد دوربین را در سه نقطه قرار می دهد و زوایای مثلث را می خواند و اعداد را یاداشت می کند این کار را چهار نفر از اعضای گروه انجام دادن به طوری که هر کدام سه عدد متفاوت که مجموع مثلث بود را بدست آوردند هر کدام با قرار دادن دوربین روی نقطه آی زاویه بین نقاط سی وبی و با جا به جا کردن دوربین به نقطه بی زاویه بین نقاط آی و سی را بدست آوردیم و در نهایت با جابه جا کردن دوربین به نقطه سی زاویه بین نقاط آی و بی را بدست آوردیم

نقاط مثلث اعضای گروه	A	B	C
1 2 3 4	67⁰47’ 50” 67⁰31’20” 47⁰29’45” 67⁰35’54”	41⁰02’10” 41⁰19’40” 40⁰57’10” 41⁰10’28”	71⁰26’00” 71⁰20’55” 71⁰28’25” 71⁰22’14”

نتیجه گیری: دوربین تئودولیت برای اندازه گیری بین دو نقطه کابرد دارد اندازه گیری زاوایای مثلث توسط هر یک از اعصای گروه تقریبا یکی بود و کمی خطا یعنی 180 درجه مجموع زوایا ی مثلث بود که آن رابدست آوردیم.

عنوان: روش  تاکومتری

تاریخ انجام کار: 8. 9. 88

هدف: بدست آوردن هم زمان اختلاف ارتفاع و طول افقی بین دو نقطه مشخص توسط دوربین تئودولیت

لوازم کار: دوربین تئودولیت ، میر ، ژالون ، تراز نبشی

شرح کار:

دوربین را روی نقطه 1 گذاشته و میر را در نقطه 2 عمود  نگه می داریم و توسط دوربین مشخصات نقطه 2 را قرائت می کنیم و با استفاده از فرمول های گفته شده می توان فاصله و اختلاف ارتفاع بین دو نقطه بدست می آوریم . اما برای اطمینان از صحت کار می توان این کار را بار دیگر نیز انجام دهیم به این ترتیب که این بار دوربین را بر نقطه 2 گذاشته و میر را درنقطه 1 و مشخصات نقطه 1 را قرائت  می کنیم و در بار سوم دوربین را در یک نقطه وسط فاصله 1و2 که نقطه سوم است قرار می دهیم و نقطه 1و 2 را باهم قرائت می کنیم و نیازی به جابه جایی دوربین نیست و جمع اختلاف ارتفاع و فاصله ی 1  3 و 3  2 همان اختلاف ارتفاع  و فاصلهی 1و 2 است . طبیعی است که باید فاصله و اختلاف ارتفاع بدست آمده در هر سه مرحله با هم برابر باشند.

محل قرار گیری دوربین	H cm	TB تار بالا	TV تار وسط	TP تار پایین	V زاویه قائم	D فاصله	اختلاف ارتفاع
1	162	1200	0750	0300	1⁰09’00”	89.963	2668
3	156	0900	0620	0340	0⁰52’55’’	55.986	1856
		0900	0730	0560	357⁰04’30’’	33.911	-894
2	160	1500	1050	0600	357⁰55’35’’	89.882	-2786

تذکر: سینوس در فرمول فاصله برای زاویه قائم به کار می رود و در صورتی زاویه شیب را داشتیم می توانیم به جای آن از کوسینوس استفاده کنیم. یعنی:

عنوان: برداشت نقاط با دوربین زاویه یاب

وسایل مورد نیاز: دوربین زاویه یاب ، متر ، شاخص ، تراز نبشی

شرح کار:

با توجه به محل مشخص شده توسط استاد دوربین را در یک جا مستقر کرده و کلیه ترازیابی را انجام دادیم و نیز فاصله دوربین با زمین را نیز اندازه گرفته و در محاسبات قرار دادیم. نقاط ستونها را که در دیدمان بود مشخص کرده و دوربین را با زاویه 90 در نقطه اول صفر کرده و کلیه زاویه ها را نسبت به نقطه اول خوانده با توجه به اینکه بعضی دید نداشت قرائت نشد برای دقت بیشتر هر سه تار را می خوانیم بعد از قرائت تارها ی نقاط باغچه جلوی ستون ها را که به شکل مسطتیل بود چهار گوش را نقاط گذاری کردیم و مانند نقاط قبلی قرائت کردیم که کلیه اعداد در قسمت بعد این مطلب قابل مشاهده می باشد که رد این نقاط باید اختلاف ارتفاع و ارتفاع نقاط و نیز فاصله افقی را با توجه به ارتفاع دستگاه و فاصله دوربین با نقاط بدست آمده و نیز شکل ترسیمی آن را با توجه به پیدا کردن مختصات نقاط می توان آن را رسم کرد.

برگه تاکئومتری                                                         ارتفاع ایستگاه:  mm100000 تاریخ: 22. 9. 88                                                            ارتفاع دستگاه: 1670 mm
فاصله افقی mm	ارتفاع نقاط mm	اختلاف ارتفاع		زاویه قائم	زاویه افق	تار پایین	تار وسط	تار بالا	شماره نقاط	شرح نقاط
		-	+
11400 11200 11700 10800 10700 11900 11400 11500 14500 14100 14300 7900 6200 11100 12300 18700 5000	118310 118310 119010 118510 118310 119110 118010 118010 118910 117910 118010 113110 111310 111510 114310 108110 106710	- - - - - - - - - - - - - - - - -	1183 1183 1190 1185 1183 1191 1180 1180 1189 1179 1180 1131 1113 1115 1143 1081 1067	90⁰0’0’’ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “	0⁰0’0’’ 1⁰45’04’’ 2⁰56’56’’ 20⁰23’27’’ 22⁰33’11’’ 39⁰07’30’’ 40⁰13’48’’ 42⁰07’19’’ 58⁰33’01’’ 60⁰07’39’’ 61⁰21’05’’ 13⁰20’40’’ 11⁰45’49’’ 76⁰07’02’’ 69⁰29’35’’ 91⁰17’13’’ 329⁰06’14’’	0430 0430 0422 0431 0434 0419 0434 0433 0408 0421 0419 0493 0526 0500 0466 0558 0579	0487 0487 0480 0485 0487 0479 0490 0490 0481 0491 0490 0532 0557 0555 0527 0598 0603	0544 0542 0539 0539 0541 0538 0548 0548 0553 0562 0562 0572 0588 0611 0589 0645 0629	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17	برداشت ستون " " " " " " " " " " باغچه " " " دو نقطه جلویی "

مثال کنترل محاسبات سازه

1-کنترل زمان تناوب : 

تجربی =.298 =.31    

2-کنترل    :

0.7 0.7R*DRIFT<0.025  Drift<.0051

0.7 0.7R*DRIFT<0.025  Drift< .0051.

Enx=0.000014 .0051                       Eny=0.0051 .0051   

Epx=0.000029                 Epy=.0051 .0051

3- کنترل برون از مرکزیت:

این کنترل صحیح است( مراجعه به کنترل دستی)

	درصد خروج ازمرکزیت	بعد ساختمان	بعد ساختمان متر	eijy	eijx	y0	x0	Yg	xg	تراز
0.02	0.028	20.69	24	0.38	0.67	10.4	11.72	10.78	12.42	3
0.15	0.01	20.69	24	0.3	0.24	10.34	11.71	10.64	11.95	2
0.002	0.01	20.69	24	0.04	0.22	10.32	11.73	10.28	11.51	1

4- کنترل تشدید برون از مرکزیت:

باتوجه به اعداد بدست امده در بالا لازم نیست

 

 

   5- کنترل سازه در برابر واژگونی

fxihi	hi	Fxi	wixi	xi	wi	طبقه
574.45	10.8	53.19	3832.088	11.72	326.97	3
263.82	7.3	36.14	3816.172	11.71	325.89	2
50.85	3.3	15.41	3593.72	11.73	306.37	1
889.12			11241.98			مجموع

 

 

 

fyihi	hi	Fyi	wiyi	yi	wi	طبقه
574.45	10.8	41.55	3400.488	10.4	326.97	3
263.82	7.3	51.65	3369.703	10.34	325.89	2
50.85	3.3	23.81	3161.738	10.32	306.37	1
889.12			9931.929			مجموع

6-کنترل قاب خمشی دو گا نه

در این کنترل نیازی به اصلاح مقطع نبود (مراجعه به فایل کنترل قاب خمشی)

7- کنترل برش تیر در قاب خمشی متوسط

بلند ترین تیردرجهت قاب خمشی متوسط:)تیراکسbمحور1تا2)

                                                                                                  Ln=6m                     V+W = .43ton

x.02=0.0048 cm2 0.24 مساحت جان ها

کوتاه ترین تیر:(تیراکسbمحور2تا3)

V+W = .27t

x.02=0.0048 cm2 0.24 مساحت جان ها

0

8-کنترل برش پایه:

viy	vix	fiy	fix	wihi/wihi	wihi	wi	hi	تراز
53.19	53.19	53.19	53.19	0.51	3531.276	326.97	10.8	3
89.33	89.33	36.14	36.14	0.34	2378.997	325.89	7.3	2
104.73	104.73	15.41	15.41	0.15	1011.021	306.37	3.3	1
					6921.294			مجموع

طراحی دستی اتصال تیر به تیر:

    تیر فرعی به تیر اصلی  

طراحی  اتصال  مفصلی:

P =         

براساس تسلیم موضعی جان N محاسبه 

 so use 2.91

N = k = 2.91

براساس ضابطه لهیدگی جان    N محاسبه 

R  

 به عنوان حداقل اجرایی از نبشی 10 استفاده میکنیم

N+2  = 4.91 10cm فاصله اجرایی

 e = ef-1.2  ضخامت نبشی

 e f = +2 = 3.45 بدون سخت کننده

M = P e = 5944.48 kg-cm

L = 20 cm

= P  kg-cm

 = 369.51

s = 4/9 =44.4

  = 237.7

R w =   0.75   (0.6*4900*0.707*0.75) a = 779

t   نبشی = 10     بال   

 = 0.69  

      جان          = 0.4

   = 0.69 

ازالکترود  ای 60و با بعد جوش 6 میلی متر استفاده کردیم

اکس 2 طبقه اول:

=86566

Fcr=            Pn=Fcr                                                                                   Fe=

Pn=2308.27

Pr=42849,     Pn=747880.74,  if:       r=B1.M2         B1=1.09,       B1   حال طراحی دستی این ستون تحت بارهای وارده: f= لازمبرابرست با :

طراحی مهاربند:

T=    TON

A

300

A

طراحی سقف کرومیت:

برای طراحی سقف کرومیت دهانه ها را تیب بندی می کنیم:

1.      دهانه هایی با طول کمتر از 4 متر

2.      دهانه هایی بین 4 تا 5 متر

3.      دهانه هایی بین 5-6 متر

4.       دهانه های6تا 7 متر

5.       دهانه های تا 7.5متری

محاسبه ی بارهای وارد بر سقف

طراحی بر اساس نرم افزار  

  kg/m2 500 D=  بار مرده

 kg/m2  250 L=  بار زنده

300 = وزن بلوک + وزن کرومیت + وزن دال = بار موقت قبل از گرفتن بتن

cm 10 = ضخامت دال بتنی

cm 50=  فاصله ی محور تا محور تیرچه ها

   cm 30 = ارتفاع تیرچه

 cm 37 = ارتفاع سقف

طراحی از طریق نرم افزار انجام شده و به نتایج زیر رسیده ایم.

تیپ 1 و دهانه های تا 4 متر طول :

   cm 30 = L

ͦ 60  A =

cm 10 = عرض ورق پایین 

mm 4=  ضخامت ورق پایین

4×4×4/0 L= = شماره نبشی بالا 

10 Ø = قطر میلگرد قطری 

چون این تیرچه برای دهانه های تا 4 متر می باشد. برای دهانه های بین 5/3 L، 4 متر یک کلاف عرضی به عرض cm 10 و شامل دو میلگرد شماره 12 در بالا و پایین به کار می بریم.

تیپ 2 : دهانه های بین 4 تا 5 متر طول :

   cm 30 = L

ͦ 60  A =

cm 10 = عرض ورق پایین 

mm 6=  ضخامت ورق پایین

5/0×5×5 L=  = شماره نبشی بالا 

8 Ø = قطر میلگرد قطری 

برای این دهانه از یک کلاف عرضی به عرض cm 10 و دو میلگرد شماره 12 در بالا و پایین در وسط دهانه استفاده می شود.

تیپ 3 : دهانه های بین 5 الی 6 متر :

   cm 30 = L

ͦ 60  A =

cm 12 = عرض ورق پایین 

mm 8=  ضخامت ورق پایین

5/0×5×5  L= = شماره نبشی بالا 

12 Ø = قطر میلگرد قطری

14 Ø = قطر میلگرد پایین 

برای این دهانه ها از دو کلاف عرضی به عرض cm 10 و دو میلگرد شماره 12 در بالا و پایین در نقاط 3/1 دهانه استفاده می شود.

تیپ 4 : دهانه به طول6تا 5/7متر :

   Cm30 = L

ͦ 60  A =

Cm12 = عرض ورق پایین 

mm 10=  ضخامت ورق پایین

6/0×6×6  L= = شماره نبشی بالا 

mm 8=  قطر میلگرد بالا 

mm 12=  قطر میلگرد قطری

mm 10= قطر میلگرد پایین 

برای سقف بام وخرپشته

  kg/m2  400 D=  بار مرده

 kg/m2  200 L=  بار زنده

250 = وزن بلوک + وزن کرومیت + وزن دال = بار موقت قبل از گرفتن بتن

cm 7 = ضخامت دال بتنی

cm 50=  فاصله ی محور تا محور تیرچه ها

   cm 22 = ارتفاع تیرچه

 cm 27 = ارتفاع سقف

تیپ 5 و دهانه های تا 4 متر طول :

   cm 22 = L

ͦ 60  A =

cm 10 = عرض ورق پایین 

mm 4=  ضخامت ورق پایین

4×4×4/0 L= = شماره نبشی بالا 

10 Ø = قطر میلگرد قطری 

چون این تیرچه برای دهانه های تا 4 متر می باشد. برای دهانه های بین 5/13 L، 4 متر یک کلاف عرضی به عرض cm 10 و شامل دو میلگرد شماره 12 در بالا و پایین به کار می بریم.

تیپ6 : دهانه های بین 4 تا 5 متر طول :

   cm 22 = L

ͦ 60  A =

cm 10 = عرض ورق پایین 

mm 6=  ضخامت ورق پایین

5/0×5×5 L=  = شماره نبشی بالا 

6 Ø = قطر میلگرد قطری 

برای این دهانه از یک کلاف عرضی به عرض cm 10 و دو میلگرد شماره 12 در بالا و پایین در وسط دهانه استفاده می شود.

تیپ7 : دهانه های بین 5 الی 6 متر :

   cm 22 = L

ͦ 60  A =

cm 10 = عرض ورق پایین 

mm 8=  ضخامت ورق پایین

5/0×5×5  L= = شماره نبشی بالا 

12 Ø = قطر میلگرد قطری

14 Ø = قطر میلگرد پایین 

برای این دهانه ها از دو کلاف عرضی به عرض cm 10 و دو میلگرد شماره 12 در بالا و پایین در نقاط 3/1 دهانه استفاده می شود.

تیپ8 : دهانه به طول6تا5/ متر :

   cm 22 = L

ͦ 60  A =

Cm12 = عرض ورق پایین 

mm 10=  ضخامت ورق پایین

5/0×5×5  L= = شماره نبشی بالا 

mm 6=  قطر میلگرد بالا 

mm 12=  قطر میلگرد قطری

mm 8= قطر میلگرد پایین 

طراحی میلگردهای سقف و حرارت:

استفاده از میلگردهای افق و حرارت در  جهت عمود بر تیرچه ها در دال کفایت می کند و فاصله بین این میلگردها در جهت عمود بر راستای تیرچه ها را cm 25 در نظر می گیریم.

کنترل نمونه تیر در جهت قاب ساده:

تیری که کنترل می شود و تیر طبقه ی همکف تیر محور3 و بین محورهای B و C می باشد تحت ترکیب بار بحرانی داریم‌:

گام اول:تعیین لنگربحرانی

گام دوم:انتخاب مقطع اولیه بافرض اینکه مقطع فشرده وبا اتکاجانبی است.

Zx=Mu .Fy                                                                                                                         

Zx=(16.44 10^5)/(. 2400)=761.11اساس مقطع خمیری

باتوجه به اساس مقطع بدست امده مقطع را انتخاب میکنیم.

مشخصات مقطع:

A=112

Ix=7189.33

Iy=2677.33

Rx=8.01

Ry=4.88

Sx=718.93

Sy=267.73

H=20

Bf=20

Tw=2

Tf=2

‘گام سوم:کنترل فشرده بودن یا نبودن مقطع:

شرط فشرده بودن مقطع:

باید بال ها درتمام طول خود به طور سرتاسری وپیوسته به جان یاجان ها متصل باشد.

b/t,h/tw<£p     مقطع فشرده

b/t<£p=0.3

h/tw<£p=3.7

باکنترل روابط بالا مقطع فشرده است.

مقاومت خمشی اسمی Mn برابر کوچکترین مقدار محاسبه شده براساس حالت حدی وکمانش پیچشی_جانبی تعین میشود:

الف)حالت حدی تسلیم:

Mn=2400  Zx=761.11    Mn=Mp=Fy .Zx

ب)حالت حدی کمانش پیچشی جانبی:

هرگاهLb  باشد لزومی به درنظر گرفتن این حالت نیست.

Lb فاصله بین دو مقطع مهار شده بال فشاری عضوخمشی در مقابل حرکت جانبی

Lp حداکثر طول مهار نشده عضو که درآن حالت حدی تسلیم حاکم است: 250cm=Lp=1.76ry

پس Mnحالت الف میباشد 0.9 = Mc=

کنترل برش:10-2-6-2: 10-2-6-2-1:مقاومت برشی اسمی:

Vn=0.6Fy.Aw.Cv       Aw:d.tw,       

Cv  :نسبت تنش کمانش برشی فولاد جان میباشد:

Aw=40cm2

Vn=0.6

Vmax=16209.53kg

کنترلی برای خیز‌: بار مرده و زنده کف

 عرض بارگیر

0.

طراحی و کنترل یک تیر در جهت قاب خمشی:

کنترل تیر :

چون مقطع تیر ورق فشرده است و با اتکای جانبی است .فقط ازحالت حدی تسلیم بند10-2-5-2حالت ب استفاده میکنیم:

Mc=

Mc=0.9

کنترل برش:

Aw=40cm2,,Cv=1                           

Vn=0.6

طراحی یک نمونه ستون،تیرومهاربند واگراEBF:

تیرپیوند وخارجی B5:ابتدا نوع رفتار تیر پیوند:

 رفتاربرشی

رفتار را برشی در نظرمیگیریم:

تیر جوابگو میباشد

سخت کننده ها باتوجه به مبحث دهم:

برای سخت کننده میانی:چون برش وارده کم ومقطع قوی میباشد ازحداقل به شرح زیراستفاده میکنیم:

باتوجه به عدد بدست امده طبق بند ب 3 عمل میکنیم:

Use plat 13*24*1.5cm  با بعد جوش 1cm

سخت کننده انتهایی:

اگر برش وارده از ترکیب بحرانی را درنظر بگیریم بازهم تیر به تنهایی به صورت دسته بالا جوابگو میباشد ولی از دوقطعه حداقل بصورت جفت در دوطرف جان بهره میگیریم:

Use plat 24*13*1.5cm در دو طرف ورق اتصال

طراحی اتصالات گیردار تیر

طراحی اتصالات گیردار تیر به ستون در قاب های خمشی متوسط

تیپ 1   B1  story1

V=  4.89ton 

M=9.737t-m

تیپ 1    CL3 story1

V= 8t

M=26t-m

  کل

  تیر

Wu=1.25d+1.5l=437.5kg/m

Meu=1.1Mexp+Vou +M =2683478kg-cm

طراحی ورق های اتصال بالا و پایین:

 مقاومت اسمی بر اساس مقاومت فلز مادر:  0.9=Fbm=Fy,    Abm  Rn=Fbm

Rn=2400 2 20 0.9=86400kg                                                                            

134174-86400=47774kg

برای تسلیم کششی:   .Ag Fy =

محاسبه طول ورق

مقاومت اسمی جوش براساس حالات حدی گسیختگی کششی وبرشی ویا تسلیم فلزجوش:  Fw.Aw.Rn=  

Rn=134174-86400=47774kg

رابطه نخست حاکمست:  0.8       a=10mm          =Fw=0.6Fue     

 :                        Rw=1417a                      طول جوش کل

پس طول ورق را  در نظر می گیریم.

طراحی ورق اتصال جان :

عرض ورق را 10cm ارتفاع ورق را 16cm فرض می کنیم. ضخامت آن را برابر ضخامت جان تیر در نظر می گیریم. بعد جوش را حداکثر ممکن  در نظر می گیریم. چون این ورق به جان و بال ستون متصل می شود داریم.

ابتدا از یک ورق استفاده می شود.

Fw.Aw.Rn=  که B=0.75  بنابراین: Rw=1500                                           

کشش ناشی از نیروی برشی

 اتصال گیر دارتیرB2 به ستون :

V= 43977.68

M=45738.14

طراحی ورق های اتصال بالا و پایین

نیروی متحمل ازجانب بال تیر:          1.5=22.5  15  

P=22.5  

نیروی ورق:                                                                                          76464.2-48600=27864kg

عرض ورق بالا

عرض ورق پایین

 13 =Ap=

 ورق بالا

 ورق پایین 

محاسبه طول ورق بالا و پایین

 طول جوش

طراحی ورق اتصال جان :

عرض ورق را 10cm در نظر می گیریم و ضخامت آن را 10mm فرض می کنیم. ارتفاع ورق را برابر ارتفاع آزاد جان می گیریم.

ارتفاع ورق جان =  10cm                        

ابتدا از یک ورق در یک طرف استفاده می کنیم.

تنش ناشی از نیروی برشی:

طراحی جوش ورق اتصال جان به بال ستون

حداکثربعدجوش 1.2cmمیباشد پس برای جبران این کمبود ازدو ورق درجان تیر استفاده میکنیم:

=  

 =1257     fr=1403

بازهم جوابگو نبود بنابراین ضخامت دو ورق را 1.2cm منظور میکنیم. بابعدجوش 1cm

برای اتصال گیردارتیرB3به ستون بامحسبات مشابه داریم: ورق بالا به عرض12cmوضخامت2cm وطول 40cmبا بعدجوش گوشه 1cmو نفوذی 1cm وبرای ورق پایین عرض 18cm وضخامت 1.5cm باجوش گوشه ونفوذی 1cm

طراحی اتصالات مهاربند واگرا

به این منظور یک نمونه طراحی دستی انجام می شود

برای طراحی اتصالات بادبند ضربدری سه حالت وجود دارد.

1) ورق اتصال گوشه تیر به ستون 

2) ورق اتصال بادبندها به تیر پیوند

3) اتصال بادبند به ستون و صفحه ستون تراز پی

1-    طراحی اتصال بادبند به تیر و ستون در گوشه

  BRACE3:

85248

Pn=63936

حداکثر نیروی کششی وارده:22ton          

BRACE4: 1)براساس تسلیم کششیP=105ton:  

       2)براساس گسیختگی کششی:P=109ton

حداکثر نیروی کششی وارده:    43ton

باتوجه به نزدیکی ابعاد برای بادبند4محاسبه وتعمیم میدهیم:

ضخامت ورق را 1.5cm فرض می کنیم.

تعیین طول جوش اتصال ورق به بادبند:

در هر چهار قسمت 25cm طول جوش داریم (a=0.8cm)

کنترل برش قالبی در اتصال بادبند به ورق :

محاسبه طول جوش افقی لازم اتصال ورق به بال تیر :

طرح طول جوشی عمودی (اتصال ورق به ستون)

بعد جوش حداقل و حداکثر نیز کنترل شده و مشکلی ندارد.

 محاسبه نهایی ابعاد ورق اتصال

.از این ابعاد میتوان برای اتصال بادبند به ستون و کف ستون نیز استفاده نمود.

اگر فرض کنیم بزرگترین کف ستون 50*50cm باشد وبزرگترین ستون CL3 ابعادی برابر30*30cm داشته باشد:

      که مخصات مرکز اتصالست.

لنگرپیچشی وارد بر مرکز اتصال:

محاسبه تنش برشی مستقیم:

محاسبه تنش برشی ناشی از پیچش:

برایند تنشهارامحاسبه میکنیم:

اگربعد جوش را10mmدرنظربگیریم:

حداکثروحداقل ابعد جوش نیز استاندارد است بنابراین از صفحه ای به ذوزنفه ای به ابعاد:قاعده کوچک 15cmو قاعده بزرگ30cmوارتفاع 35cm استفاده میکنیم

درمحل تیرپیوند نیز همانند بالا بدست میاید

طراحی وصله اعضای فلزی

طراحی وصله ستون ها :

بعلت ارتفاع پایین سازه وتفاوت نسبتا زیاد ابعاد ستون ها بایکدیگر وصله ستون بهترست انجام نشود اما برای نمونه دوستون c3وC4 رابررسی میکنیم:

ستون C3:

وصله باید دارای مقاومتی حداقل برابر P باشد وهمچنین هر ورق وصله قادر به تحمل 0.5Fye.Af باشد:

اگر از ورقهای وصله به ابعاد 70*32*3cm استفاده کنیم وصله جوابگوست وبعدجوش را 2سانتی مترمنظور میکنیم. البته قبلا باید باورقی بنام همرو کننده سطح تماس رافراهم نمود

.75*248 ton=93 ton

محاسبه ی طول ورق و جوش اتصال ورق  :

طول جوش

طراحی صفحه ستون :

1-متصل به بادبند گوشه

 =8 ton     P= 423ton      M=27ton-m  FOR  CL4

مقادیر ماکزیمم انتخاب شده اند.

براساس رابطه فشار مستقیم:

برای فرض اول 60*60میگیریم:

n=22.8          m=15.75

                                                                                                                                                             t= max

 استفاده از سخت کننده ها                t

طراحی سخت کننده ها :

در مرحله محاسبه ی ضخامت کف ستون ضخامت سخت کننده ها را cm3 و ارتفاع سخت کننده ها را نیز 30cm  فرض می کنیم. پس داریم :

d=30            a =15  

M=134 = 5427

تنش ذوزنقه ای است میتوان از

2-متصل به بادبند کناری

 =6ton     P= 370ton  M=20t-m    FOR  CL3

                                                                                                                                                             t= max

 استفاده از سخت کننده ها                                                 t

طراحی سخت کننده ها :

در مرحله محاسبه ی ضخامت کف ستون ضخامت سخت کننده ها را cm2 و ارتفاع سخت کننده ها را نیز 30cm  فرض می کنیم. پس داریم :

d=15            a =3  

M=111 = 3555

تنش ذوزنقه ای است میتوان از

کف ستون میانی نیز به صورت اکسل در فایل کف ستون ها میباشد.

کنترل برش یک طرفه در نوارهای پی:

طول گیرایی میلگرد درکشش

حداقل

طول گیرایی میلگرد درفشار

حداقل

ضرب داخلی و خارجی بردارها

     همه ی ما داستان ارشمیدس در مورد اصل اهرم و شناوری را شنیده ایم. این سرآغاز علم مکانیک بود که تا زمان استوینوس پیشرفت شگرفی در آن رخ نداد. استوینوس اکثر اصول استاتیک (قوانین ترکیب برداری نیروها) را فرمول بندی کرد. سپس نوبت به گالیله رسید تا اولین بحث در دینامیک را مطرح سازد.

     پیشرفت علم مکانیک مدیون مشارکت نیوتن، داوینچی،لاگرانژ،لاپلاس و ... می باشد. اصلی ترین نقش را نیوتن بر عهده داشت که پایه گذار دقیق علم مکانیک بود. همچنین او بنیانگذار ایده جزء بینهایت کوچک در تحلیل ریاضی نیز هست.

     کلیه ی کمیات فیزیکی به دو بخش تقسیم می شوند.کمیات اسکالر، که آن دسته از کمیات هستند که دارای مقدار مثبت یا منفی می باشند مانند جرم، چگالی، کار و ...   .

     کمیات برداری، آن دسته از کمیتها هستند که علاوه بر مقدار دارای امتداد و جهت نیز می باشند. البته در بعضی مواقع از نقطه اثر نیز به عنوان یکی از خصوصیات کمیات برداری یاد می شود.

بردارها به سه دسته ی ثابت، لغزان و آزاد تقسیم می شوند.

     بردار ثابت برداری است که نقطه اثر مشخص و ثابتی دارد. بردار لغزان برداری است که برای آن، یک خط اثر منحصر به فرد در فضا باید حفظ شود که در راستای آن، کمیت مورد نظر عمل می نماید. یکی از مفاهیم اصل انتقال پذیری که بعدا به آن خواهیم پرداخت بردار لغزان می باشد. بردار آزاد برداری است که نقطه اثر آن به هیچ نقطه یا خط منحصر به فردی در فضا وابسته نبوده و محدود نمی باشد.

     از فیزیک دوران دبیرستان به خاطر داریم که مدلهایی که برای حل و بحث یک مساله ی مکانیکی از آنها بهره می بریم به سه مدل ذره، جسم صلب و جسم شکل پذیر گروه بندی می شوند. به عنوان مثال اگر هواپیمایی را در نظر بگیریم، برای بررسی سرعت یا شتاب آن در حرکت بین دو شهر آن را به عنوان ذره در نظر می گیریم اما هنگام مطالعه ی مشخصات ساختمانی آن باید بالها و بدنه را جسم صلب در نظر بگیریم.

قوانین مربوط به بردارها

     الف) جمع بردارها: جمع بردارها از قانون متوازی الاضلاع تبعیت می کند. این قانون بیان می دارد که دو بردار V1 , V2     به عنوان بردارهای آزاد مطابق شکل 1-1 می توانند توسط معادل خود یعنی V جایگزین شوند که قطر متوازی الاضلاع تشکیل شده از V1,V2  به صورت دو ضلع آن، مانند شکل 1-2 می باشند. تفاضل دو بردار V1,V2 به راحتی با جمع کردن V1 با (-V2) مانند شکل 1-3 انجام می پذیرد.

شکل 1-3                                شکل 1- 2                           شکل 1- 1                               

     همچنین با تجزیه ی بردارها به مولفه های عمود بر هم می توانیم مساله را از صورت برداری به صورت اسکالر تبدیل کنیم و تک تک مولفه ها را با هم جمع کنیم.

بنابراین بردارV به صورتV=Vx i+Vy j  تبدیل می شود.همچنین برای جمع دو بردار V1,V2 داریم:

V1+V2=(V1x i +V1y j)+(V2x i + V2y j)=(V1x + V2x)i + (V1y + V2y)j

ب)ضرب داخلی دو بردار: ضرب داخلی با علامت(.) نشان داده می شود و حاصل آن یک کمیت اسکالر می باشد.تعریف ضرب داخلی بر حسب اندازه ی بردارها به صورت

A.B = A B cosө                    (1-1 )

می باشد که در آن ө زاویه ی بین دو بردار می باشد.

     با استفاده از بردارهای یکه می توان نشان داد که ضرب داخلی بر حسب مولفه های دو بردار به صورت رابطه ی 1-2 نیز قابل بیان است:

A=Axi + Ayj +Azk, B=Bxi +Byj + Bzk

è A.B=AxBx + AyBy + AzBz              (2-1)

از تعریف اولیه ی ضرب داخلی و با توجه به شکل 1-5 می توانیم تصویر یک بردار را بر روی بردار دلخواه دیگری به دست بیاوریم:                                             

شکل 1-5

L = |B cosө| = B |cosө| , C= C eA , eA = A/A         (3-1)

ج)ضرب خارجی: ضرب خارجی بردارها با علامت (×) نشان داده می شود.ضرب خارجی بر خلاف ضرب داخلی یک بردار تولید می کند که بر صفحه ی بردار اولیه عمود است و جهت آن با استفاده از قاعده ی دست راست تعیین می شود.همچنین اندازه ی آن از رابطه ی زیر به دست می آید:

|C| = |A×B| = A B sinө        (4-1)

با استفاده از بردارهای یکه ضرب خارجی به صورت زیر قابل بیان است:

         (5-1)

شکل 1-6             

د)ضرب داخلی سه بردار: ضرب داخلی سه بردار حجم متوازی الاضلاعی است که بر روی سه بردار ساخته می شود.ضرب داخلی نیز یک کمیت اسکالر است و با رابطه ی زیر تعیین می گردد:

            (6-1)

ه)مشتق و انتگرال توابع برداری: فرض کنیم تابع برداری  

F(t)

موجود باشد.آنگاه:

     (7-1)

                 (8-1)

              (9-1)

اثبات آنها به عنوان تمرین به خواننده واگذار می شود.

برای انتگرال گیری از یک تابع برداری می توانیم یا مساله را به سه امتداد مستقل دکارتی تفکیک کنیم یا مستقیما مساله را برداری حل کنیم.

مثال 1) کار نیروی داده شده را بر روی مسیر داده شده به دست آورید؟

F= (3xy) i+ (5z) j+ (10x) k

=303

برنامه ریزی کار روزانه

	برنامه ریزی کار روزانه
	شماره	کارهایی که بایدامروز انجام شود (تاریخ   /     /    13)	درجه اولویت	انجام  شد √
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
	11
	12
	13
	14
	15

ساختمانهای فلزی

ساختمانهای فلزی
مقدمه‌:

        دنیایی‌ که‌ ما امروزه‌ در آن‌ زندگی‌ می‌کنیم‌ بدون‌ شک‌ دنیایی‌ متفاوت‌ با دنیایی‌ است‌ که‌ نیاکان ‌ما در آن‌ می‌زیستند، دنیای‌ امروز دنیای‌ فن‌ و تکنولوژی‌ است‌، امروزه‌ دیگر نیروی‌ انسانی‌ کم‌ کم‌ ازصحنه‌ بیرون‌ می‌رود و جای‌ خود را به‌ رباطها و کامپیوترهای‌ هوشمند می‌سپارد. آری‌ در این‌ عصرتکنولوژی‌ که‌ دیگر بازوهای‌ نیرومند انسانی‌ در عرصه‌ تولید چندان‌ سودمند نیستند باید ما هم‌این‌ حقیقت‌ را بدانیم‌ و باور کنیم‌ که‌ دیگر دنیا عوض‌ شده‌ است‌ و مردمان‌ آن‌ برای‌ زنده‌ بودن‌ وبهتر زندگی‌ کردن‌ مدام‌ سعی‌ دارند که‌ برتری‌ خود را به‌ یکدیگر نشان‌ دهند، پس‌ باید تلاش‌ کرد وسعی‌ کرد که‌ از مردمان‌ دنیا عقب‌ نماند، آری‌ برای‌ بودن‌ و با افتخار زیستن‌ باید سعی‌ کرد تا از این‌قافله‌ علم‌ و دانش‌ عقب‌ نماند و باید علم‌ آموخت‌ و دانش‌ تجربه‌ کرد، بله‌ تنها آموختن‌ علم‌سودمند نیست‌. بلکه‌ علم‌ و دانش‌ زمانی‌ می‌تواند جای‌ بازوهایی‌ را که‌ از کار افتاده‌اند را بگیرد که‌به‌ پشتوانه‌ تجربه‌ مجهز باشد حال‌ در هر حرفه‌ و فنی‌ که‌ می‌خواهد باشد.

          فولاد و سیمان‌ در ساختمان‌ سازی‌ یاری‌ گرفت‌ و در اثر دسترسی‌ به‌ این‌ مصالح‌ و امکانات‌دیگر گسترش‌ شهرها از افقی‌ به‌ عمودی‌ تبدیل‌ شد و امر آپارتمان‌ سازی‌ در ساختمانها چندین‌طبقه‌ متداول‌ گردید.

          به‌ هر حال‌ واحد کارآموزی‌ فرصتی‌ خوب‌ بود برای‌ آشنا شدن‌ با محیط‌ کار و همچنین‌ درک‌عمیق‌ مطالبی‌ که‌ بطور تئوری‌ فرا گرفته‌ایم‌.

          در پایان‌ جا دارد اولا از استاد ارجمند جناب‌ آقای‌ مهندس صالحی تشکر نمایم‌ نه‌ تنها به‌ خاطر اینکه‌ در این‌ درس‌ استاد بنده‌ بودند بلکه‌ به‌ دلیل‌ اینکه‌ در طول‌ چند سال‌ دانشجویی‌ بنده‌ چندین ‌بار سعادت‌ شاگردی‌ ایشان‌ را در درسهای‌ مختلف‌ داشته‌ام‌ و ایشان‌ حق‌ بسیاری‌ بر گردن‌ بنده‌ دارد، به‌ هر حال‌، حالا که‌ به‌ امید خداوند درسهایم‌ در حال تمام شدن است این‌ کار آموزی‌ بهانه‌ای‌ شده‌ تا از این‌ استاد ارجمند نیز تشکر و قدردانی‌ نمایم‌ بپاس‌ زحمات‌ بی‌دریغی‌ که‌ ایشان‌ برای‌ ما کشیدند.

          با توجه‌ به‌ اینکه‌ ساختمانهای‌ مورد نظر در پروژه‌ از نوع‌ ساختمانهای‌ فلزی‌ می‌باشد لذا لازم‌است‌ تا در ابتدا به‌ ساختمانهای‌ فلزی‌ توضیحات‌ مختصری‌ داده‌ شود:

          در این‌ نوع‌ ساختمانها برای‌ ساختن‌ ستونها و پلها از پروفیلهای‌ فولادی‌ استفاده‌ می‌شود که‌ درایران‌ معمولا ستونها را از تیرآهنهای‌ I دوبل‌ و یابال‌ پهن‌های‌ تکی‌ استفاده‌ می‌نمایند و همچنین‌برای‌ اتصالات‌ نبشی‌ ـ تسمه‌ و برای‌ زیر ستونها از صفحه‌ فولادی‌ استفاده‌ می‌شود و معمولا دوقطعه‌ را بوسیله‌ جوش‌ یا پیچ‌ و مهره‌ و یا پرچ‌ به‌ هم‌ متصل‌ می‌نمایند که‌ البته‌ امروزه‌ کاربرد پیچ‌ ومهره‌ و پرچ‌ برای‌ اتصال‌ قطعات‌ به‌ یکدیگر بسیار کم‌ است‌ و این‌ امر بدلیل‌ مزایای‌ جوش‌ واتصالات‌ جوشی‌ بر سایر انواع‌ اتصالات‌ است‌.

          سقف‌ این‌ نوع‌ ساختمانها ممکن‌ است‌ تیرآهن‌ و طاق‌ ضربی‌ و یا از نوع‌ سقفهای‌ دیگر مانندتیرچه‌ بلوک‌ که‌ باز هم‌ امروزه‌ سقفهای‌ تیرچه‌ بلوک‌ برای‌ پروژه‌های‌ بزرگ‌ معمولا بیشتر استفاده‌می‌شود و به‌ ندرت‌ در پروژه‌های‌ بزرگ‌ از سقفهای‌ طاق‌ ضربی‌ استفاده‌ می‌شود.

          برای‌ پارتیشنها می‌توان‌ مانند ساختمانهای‌ بتونی‌ از انواع‌ آجر و یا قطعات‌ گچی‌ و یا سفالهای‌ تیغه‌ای‌ استفاده‌ نمود که‌ در این‌ مورد هم‌ باز بیشتر از سفالهای‌ تیغه‌ای‌ استفاده‌ می‌کنند.

          در هر حال‌ جدا کننده‌ها بایستی‌ از مصالح‌ سبک‌ استفاده‌ شوند. بعد از اینکه‌ مختصری‌ درمورد ساختمانهای‌ فلزی‌ گفته‌ شد لازم‌ است‌ تا در ساخت‌ یک‌ ساختمان‌ مراحل‌ بطور مختصرگفته‌ شود.

مراحل‌ مختلف‌ ساختن‌ یک‌ ساختمان‌

1 ـ بازدید زمین‌ و ریشه‌ کنی‌

          قبل‌ از شروع‌ هر نوع‌ عملیات‌ ساختمانی‌ باید زمین‌ محل‌ ساختمان‌ بازدیده‌ شده‌ و وضعیت‌ وفاصله‌ آن‌ نسبت‌ به‌ خیابانها و جاده‌های‌ اطراف‌ مورد بازرسی‌ قرار گیرد و همچنین‌ پستی‌ و بلندی‌زمین‌ با توجه‌ به‌ نقشه‌ ساختمان‌ مورد بازدید قرار گرفته‌ در صورت‌ آنکه‌ ساختمان‌ بزرگ‌ باشدپستی‌ و بلندی‌ و سایر عوارض‌ زمین‌ می‌باید بوسیله‌ مهندسین‌ نقشه‌ بردار تعیین‌ گردد و همچنین‌باید محل‌ چاههای‌ فاضلاب‌ و چاه‌ آبهای‌ قدیمی‌ تعیین‌ شده‌ و محل‌ آن‌ نسبت‌ به‌ پی‌ سازی‌مشخص‌ گردد و در صورت‌ لزوم‌ می‌باید این‌ چاه‌ با بتن‌ یا شفته‌ پر شود و محل‌ احداث‌ ساختمان‌نسبت‌ به‌ زمین‌ تعیین‌ شده‌ و نسبت‌ به‌ ریشه‌ کنی‌ (کندن‌ ریشه‌های‌ نباتی‌ که‌ در زمین‌ روئیده‌ است‌)آن‌ محل‌ اقدام‌ شود و خاکهای‌ اضافی‌ به‌ بیرون‌ حمل‌ گردد و بالاخره‌ باید شکل‌ هندسی‌ زمین‌ وزاویای‌ آن‌ کاملا معلوم‌ شده‌ باشد و با نقشه‌ ساختمان‌ مطابقت‌ کند.

2 ـ پیاده‌ کردن‌ نقشه‌

          پس‌ از بازدید محل‌ و ریشه‌ کنی‌ اولین‌ قدم‌ در ساختمان‌ پیاده‌ کردن‌ نقشه‌ می‌باشد. منظور ازپیاده‌ کردن‌ نقشه‌ یعنی‌ انتقال‌ نقشه‌ از روی‌ کاغذ بروی‌ زمین‌ با ابعاد اصلی‌ بطوریکه‌ محل‌ دقیق‌پی‌ها و ستونها و دیوارها و زیر زمینها و عرض‌ پی‌ها روی‌ زمین‌ به‌ خوبی‌ مشخص‌ باشد. ضمنا بایدحتما در موقع‌ پیاده‌ کردن‌ نقشه‌ از نقشه‌ پی‌ کنی‌ استفاده‌ گردد. برای‌ پیاده‌ کردن‌ نقشه‌ ساختمانهای‌مهم‌ معمولا از دوربین‌های‌ نقشه‌ برداری‌ استفاده‌ می‌شود. ولی‌ برای‌ پیاده‌ کردن‌ ساختمانهای‌معمولی‌ از متر و ریسمان‌ بنائی‌ که‌ به‌ آن‌ ریسمان‌ کار هم‌ می‌گویند استفاده‌ می‌گردد.

رپر:

          با توجه‌ به‌ اینکه‌ هر نقطه‌ از ساختمان‌ نسبت‌ به‌ سطح‌ زمین‌ دارای‌ ارتفاع‌ معینی‌ می‌باشد که‌باید در طول‌ مدت‌ اجرا در هر زمان‌ قابل‌ کنترل‌ باشد. برای‌ جلوگیری‌ از اشتباه‌ قطعه‌ بتنی‌ با ابعاددلخواه‌ (مثلا 40 × 40 با ارتفاع‌ 20 سانتی‌ متر) در نقطه‌ای‌ دورتر از محل‌ ساختمان‌ می‌سازندبطوریکه‌ در موقع‌ گود برداری‌ و یا پی‌ کنی‌ به‌ آن‌ آسیب‌ نرسد و در طول‌ مدت‌ ساختمان‌ تمام‌ارتفاعات‌ را با آن‌ می‌سنجند به‌ این‌ قطعه‌ بتنی‌ اصطلاحا رپر می‌گویند. البته‌ در ساختمانهای‌کوچک‌ روی‌ اولین‌ قسمتی‌ که‌ ساخته‌ می‌شود علامت‌ می‌گذارند و ارتفاعات‌ را نسبت‌ به‌ آن‌می‌سنجند.

گود برداری‌:

        بعد از پیاده‌ کردن‌ نقشه‌ و کنترل‌ آن‌ در صورت‌ لزوم‌ اقدام‌ به‌ گودبرداری‌ می‌نمایند. گود برداری‌برای‌ آن‌ قسمت‌ از ساختمان‌ انجام‌ می‌شود که‌ در طبقات‌ پائین‌تر از کف‌ طبیعی‌ زمین‌ ساخته‌می‌شود، مانند موتورخانه‌ها، انبارها و پارکنیگ‌ها و غیره‌، در موقع‌ گود برداری‌ چنانچه‌ محل ‌گودبرداری‌ بزرگ‌ نباشد از وسایل‌ معمولی‌ مانند بیل‌ و کلنگ‌ و فرغون‌ استفاده‌ می‌کنند ولی‌ در پروژه‌های‌ بزرگ‌ از ماشین‌ آلات‌ راهسازی‌ مانند لودر و بعضی‌ از مواقع‌ که‌ گود برداری‌ روی‌ تپه‌ یا زمین‌ها سفت‌ باشد از بولدرز استفاده‌ می‌شود و برای‌ حمل‌ مواد کنده‌ شده‌ از کامیون‌ استفاده‌می‌گردد.

          البته‌ برای‌ خارج‌ کردن‌ خاک‌ از محل‌ گودبرداری‌ و حمل‌ آن‌ به‌ خارج‌ کارگاه‌ از سطح‌ شیبداری ‌استفاده‌ می‌شود که‌ این‌ سطح‌ ضمن‌ گودبرداری‌ برای‌ عبور کامیون‌ ایجاد می‌گردد و بعد از اتمام‌ کار به‌ وسیله‌ کارگر برداشته‌ می‌شود.

          حداکثر عمق‌ مورد نیاز برای‌ گودبرداری‌ تا روی‌ پی‌ می‌باشد. به‌ اضافه‌ چند سانتی‌ متر بیشتربرای‌ فرش‌ کف‌ و عبور لوله‌ها (در حدود 20 سانتی‌ متر که‌ 6 سانتی‌ متر برای‌ فرش‌ کف‌ و 14سانتی‌ متر برای‌ عبور لوله‌ها می‌باشد) که‌ در این‌ صورت‌ باید محل‌ پی‌های‌ نقطه‌ای‌ یا پی‌های‌نواری‌ و شناژ را با دست‌ خاکبردای‌ نمود. ولی‌ بهتر است‌ که‌ گود برداری‌ را تا سطح‌ زیر پی‌ ادامه‌بدهیم‌، زیرا در این‌ صورت‌ اولا برای‌ قالب‌ بندی‌ پی‌ها آزادی‌ عمل‌ بیشتری‌ داریم‌.

          در نتیجه‌ پی‌های‌ ما تمیزتر و درست‌تر خواهد بود و در ثانی‌ می‌توانیم‌ خاک‌ حاصل‌ از چاه‌ کنی‌و همچنین‌ نخاله‌های‌ ساختمان‌ را در فضای‌ ایجاد شده‌ بین‌ پی‌ها بریزیم‌ که‌ این‌ مسئله‌ از لحاظ‌اقتصادی‌ مقرون‌ به‌ صرفه‌ می‌باشد. زیرا معمولا در موقع‌ گود برداری‌ کار با ماشین‌ صورت‌ می‌گیرددر صورتیکه‌ برای‌ خارج‌ نمودن‌ نخاله‌ها و خاک‌ حاصل‌ از چاه‌ فاضلاب‌ از محیط‌ کارگاه‌ باید ازوسایل‌ دستی‌ استفاده‌ نمائیم‌ که‌ این‌ امر هزینه‌ را افزایش‌ می‌دهد.

          برای‌ جلوگیری‌ از ریزش‌ دیواره‌های‌ محل‌ گودبرداری‌ به‌ داخل‌ گود معمولا دیواره‌ اطراف‌ بایددارای‌ شیب‌ ملایم‌ مانند باشد که‌ با خط‌ عمود زاویه‌ای‌ به‌ اندازه‌ a می‌سازد، اندازه‌ این‌ زاویه‌بستگی‌ به‌ نوع‌ خاک‌ محل‌ گود برداری‌ دارد. که‌ هر اندازه‌ خاک‌ سستتر و ریزشی‌تر باشد به‌ خارج‌ وانتقال‌ مجدد آن‌ بعد از ساختن‌ دیوار مورد لزوم‌ به‌ پشت‌ دیوار است‌ لذا برای‌ جلوگیری‌ ازپرداخت‌ هزینه‌ بیشتر در زمینهای‌ سست‌ بعضی‌ مواقع‌ در صورت‌ امکان‌ اقدام‌ به‌ ایجاد دیوارهای‌مانع‌ می‌نمایند.

          دیوارهای‌ مانع‌ ممکن‌ است‌ چوبی‌ یا فلزی‌ باشد، که‌ معمولا از دیوارهای‌ فلزی‌ استفاده‌می‌گردد که‌ هم‌ دارای‌ مقاومت‌ بیشتری‌ است‌ و هم‌ در زمین‌ بهتر فرود می‌رود. البته‌ در صورتی‌ که‌در موقع‌ گودبرداری‌ در بعضی‌ از زمینهای‌ سطح‌ آبهای‌ زیرزمینی‌ بالا باشد در محل‌ گود برداری‌آب‌ جمع‌ می‌شود که‌ باید به‌ خارج‌ هدایت‌ شود.

پی‌ کنی‌

اصولا پی‌ کنی‌ به‌ دو دلیل‌ انجام‌ می‌شود:

1 ـ دسترسی‌ به‌ زمین‌ بکر: با توجه‌ به‌ اینکه‌ کلیه‌ بار ساختمان‌ بوسیله‌ دیوارها یا ستون‌ها به‌ زمین ‌منتقل‌ می‌شود در نتیجه‌ ساختمان‌ باید روی‌ زمینی‌ که‌ قابل‌ اعتماد بوده‌ و قابلیت‌ تحمل‌ بار ساختمانها را داشته‌ باشد بنا گردد. که‌ برای‌ دسترسی‌ به‌ چنین‌ زمینی‌ ناچار به‌ ایجاد پی‌ برای‌ساختمان‌ می‌باشیم‌.

2 ـ برای‌ محافظت‌ پایه‌ ساختمان‌: برای‌ محافظت‌ پایه‌ ساختمان‌ و جلوگیری‌ از تاثیر عوامل‌ جوی‌در پایه‌ ساختمان‌ باید پی‌ سازی‌ نمائیم‌. در این‌ صورت‌ حتی‌ در بهترین‌ زمینها باید حداقل‌ پی‌های‌به‌ عمق‌ 40 تا 10 سانتی‌ متر حفر کنیم‌.

          ابعاد پی‌ یعنی‌ عرض‌ و طول‌ و عمق‌ پی‌ها کاملاً بستگی‌ به‌ وزن‌ ساختمان‌ و قدرت‌ تحمل‌ خاک ‌محل‌ ساختمان‌ دارد در ساختمانهای‌ بزرگ‌ قبل‌ از شروع‌ کار به‌ وسیله‌ آزمایشات‌ مکانیک‌ خاک‌ قدرت‌ مجاز تحملی‌ زمین‌ را تعیین‌ می‌نمایند. ولی‌ در ساختمانهای‌ کوچک‌ که‌ آزمایشات‌ مکانیک‌ خاک‌ در دسترس‌ نیست‌ باید از مقاومت‌ زمین‌ در مقابل‌ بار ساختمان‌ مطمئن‌ شویم‌.

          پی‌ها از لحاظ‌ نوع‌ ساختمان‌ و مقاومت‌ زمین‌ ساختمان‌ دارای‌ انواع‌ مختلفی‌ هستند.

          اول‌ و دوم‌ پی‌های‌ نقطه‌ای‌ و پی‌های‌ نواری‌ است‌. اما پی‌های‌ عمومی‌ که‌ به‌ آنها پی‌های‌ زاویه‌ژنرال‌ هم‌ می‌گویند از بتن‌ مسلح‌ ساخته‌ می‌شود و دارای‌ محاسبات‌ فنی‌ مفصل‌ است‌ و دقت‌اجرائی‌ زیادی‌ را می‌طلبد و برای‌ ساختمانهایی‌ که‌ دارای‌ وزن‌ فوق‌ العاده‌ زیاد بوده‌ زیاد درزمینهای‌ سست‌ ساخته‌ می‌شود ایجاد می‌گردد.

          برای‌ ساختن‌ پی‌های‌ سراسری‌ باید صفحه‌ای‌ از بتون‌ به‌ طول‌ و عرض‌ تمام‌ زیربنای‌ ساختمان‌به‌ ضخامت‌ محاسبه‌ شده‌ در حدود 80 تا 100 سانتی‌ متر ریخته‌ شود. میلگردهای‌ این‌ صفحه‌طبق‌ محاسبه‌ بدست‌ می‌آید. این‌ صفحه‌ بتنی‌ مانند سینی‌ بزرگی‌ است‌ که‌ ساختمان‌ روی‌ آن‌ قرارمی‌گیرد.

          در ساختمانهای‌ فلزی‌ بیشتر از پی‌ نقطه‌ای‌ استفاده‌ می‌نمایند و در زمینهای‌ سست‌ و یاساختمانهای‌ بسیار سنگین‌ از پی‌های‌ سراسری‌ (رادیه‌ ژنرال‌) هم‌ استفاده‌ می‌کنند.

پی‌های‌ نقطه‌ای‌:

        پی‌های‌ نقطه‌ای‌ برای‌ ساختمانهایی‌ که‌ بار آن‌ به‌ طور متمرکز به‌ زمین‌ منتقل‌ می‌شود ساخته‌می‌گردد مانند ساختمانهای‌ فلزی‌ یا بتنی‌، لایه‌های‌ پی‌های‌ تکی‌ یا نقطه‌ای‌ به‌ شرح‌ زیر است‌:

1 ـ زمین‌ مناسب‌

2 ـ بتن‌ مگر

3 ـ میلگردهای‌ کف‌ پی‌

4 ـ بتون‌ اصلی‌

5 ـ صفحه‌ زیر ستون‌ یا میلگردها ریشه‌

          اما زمینی‌ برای‌ پی‌ سازی‌ مناسب‌ است‌ که‌ قدرت‌ مجاز آن‌ تاب‌ تحمل‌ وزن‌ ساختمانها را داشته ‌باشد که‌ قبلاً هم‌ ذکر شد.

          اما بتن‌ مگر که‌ به‌ آن‌ بتن‌ لاغر یا کم‌ سیمان‌ هم‌ می‌گویند اولین‌ قشر پی‌ سازی‌ در پی‌های‌نقطه‌ای‌ است‌. مقدار سیمان‌ در بتن‌ مگر در حدود 100 الی‌ 150 کیلوگرم‌ در متر مکعب‌ است‌. درپی‌های‌ نقطه‌ای‌ بتن‌ مگر به‌ دو دلیل‌ مورد استفاده‌ قرار می‌گیرد.

1 ـ برای‌ جلوگیری‌ از تماس‌ بین‌ بتن‌ اصلی‌ و پی‌ با خاک‌.

2 ـ برای‌ ریگلاژ کف‌ پی‌ و ایجاد سطح‌ صاف‌ برای‌ ادامه‌ پی‌ سازی‌.

          ضخامت‌ بتن‌ مگر در حدود 10 سانتی‌ متر است‌ و معمولاً قالب‌بندی‌ از روی‌ بتن‌ مگر شروع ‌می‌شود.

          میلگردهای‌ کف‌ پی‌ به‌ این‌ دلیل‌ استفاده‌ می‌شوند که‌ چون‌ بتن‌ در مقابل‌ نیروهای‌ کششی‌ضعیف‌ بوده‌ و در محل‌ تارهای‌ کششی‌ ترکهایی‌ در آن‌ ایجاد می‌شود لذا برای‌ جلوگیری‌ از ترکیدن‌بتن‌ در محل‌ تارهای‌ کششی‌ میله‌گردهای‌ فولادی‌ قرار می‌دهند.

          در بتن‌ فولاد بصورت‌ میلگردهای‌ ساده‌ به‌ علامت‌ (F) و یا میله‌ گردهای‌ آجدار با علامت‌ Fمصرف‌ می‌شود میله‌گرد را با قطر آن‌ می‌خوانند.

          تارهای‌ کششی‌ در پی‌های‌ نقطه‌ای‌ در کف‌ پی‌ بوده‌ و میله‌ گردها را در دو جهت‌ بصورت‌مشبک‌ و حدود 5 سانتی‌ متر بالاتر از کف‌ روی‌ بتن‌ مگر قرار می‌گیرد. این‌ آرموتورهای‌ شبکه‌ای‌ راکه‌ از قبل‌ به‌ اندازه‌ متناسب‌ و حدود 5 سانتیمتر کوچکتر از ابعاد پی‌ (5/2 سانتی‌ متر از هر طرف‌)بافته‌ شده‌ است‌ در کف‌ پی‌ قرار داده‌ و زیر آن‌ را با تکه‌های‌ کوچک‌ شن‌ و یا تکه‌های‌ بتن‌ قدری‌بالاتر از کف‌ پی‌ قرار می‌دهند بطوری‌ که‌ در موقع‌ بتن‌ ریزی‌ این‌ شبکه‌ کاملاً غرق‌ بتن‌ شود و یامی‌توان‌ در ابتدا به‌ اندازه‌ 5 سانتی‌ متر در کف‌ پی‌ بتن‌ ریخت‌ و بعد این‌ آرماتورها را روی‌ آن‌ قرارداد و بتن‌ ریزی‌ را تا ضخامت‌ تعیین‌ شده‌ در نقشه‌ ادامه‌ داد ولی‌ این‌ کار همیشه‌ عملی‌ نیست‌ زیرااغلب‌ مواقع‌ وجود شبکه‌های‌ شناژ مانع‌ این‌ کار می‌گردد.

          محل‌ برخورد آرماتورهای‌ چپ‌ و راست‌ را باید با مفتولهای‌ غیرفنری‌ 3 یا 4 به‌ هم‌ متصل‌نموده‌ و همچنین‌ توجه‌ داشته‌ باشیم‌ که‌ سر کلیه‌ آرماتور به‌ صورت‌ چنگک‌ خم‌ شده‌ و یا به‌صورت‌ گونیا برگردانده‌ شده‌ باشد.

          باید توجه‌ داشت‌ که‌ میلگردهایی‌ که‌ داخل‌ بتن‌ قرار می‌گیرد آغشته‌ به‌ روغن‌ نباشد و یا رنگ‌،زیرا در این‌ صورت‌ رنگ‌ روی‌ میلگرد مانع‌ چسبیدن‌ بتن‌ و فولاد به‌ هم‌ می‌شود و همچنین‌میلگردهای‌ مصرفی‌ صاف‌ و بدون‌ انحناء موضعی‌ باشد.

          همچنین‌ فاصله‌ بین‌ میله‌گردها باید یکنواخت‌ باشد بطوریکه‌ بزرگترین‌ دانه‌ بتن‌ براحتی‌ ازداخل‌ آن‌ رد شود. در موقع‌ بتن‌ ریزی‌ باید دقت‌ نمائیم‌ که‌ بتن‌ پی‌ یا ستون‌ و یا دال‌ بتنی‌ کاملاًیکپارچه‌ و توپر و متراکم‌ باشد و حفره‌های‌ خالی‌ نداشته‌ باشد یا به‌ عبارتی‌ کرمو نباشد که‌ برای‌این‌ کار بایستی‌ حتماً از ویبراتور استفاده‌ نمائیم‌.

          ولی‌ باید دقت‌ نماییم‌ که‌ بتنی‌ را بیش‌ از اندازه‌ ویبره‌ نمائیم‌ که‌ در اینصورت‌ دانه‌های‌ درشت‌ درزیر قرار گرفته‌ و همچنین‌ دانه‌های‌ ریزتر و دوغاب‌ سیمان‌ در رو قرار می‌گیرد و این‌ امر باعث‌غیریکنواختی‌ بتن‌ می‌شود که‌ ضعف‌ است‌.

          بهتر است‌ در صورت‌ امکان‌ همزمان‌ با بتن‌ ریزی‌ با تکه‌ای‌ میله‌گرد و یا سر تیر باریکی‌ از جنس‌چوب‌ بتن‌ کوبیده‌ شود و یا با زدن‌ ضربه‌های‌ ملایم‌ به‌ پشت‌ قالب‌ چوبی‌ بتن‌ را ویبره‌ نمائیم‌.

بتن‌ اصلی‌

        مهمترین‌ اجزاء تشکیل‌ دهنده‌ بتن‌ شن‌ و ماسه‌ و سیمان‌ و آب‌ می‌باشد که‌ به‌ ترتیب‌ در مورد هرکدام‌ مختصری‌ توضیح‌ خواهم‌ داد:

شن‌ و ماسه‌

          در موقع‌ انتخاب‌ مصالح‌ سنگی‌ باید توجه‌ داشت‌ که‌ دانه‌های‌ عاری‌ از کلوخه‌ و مواد آلی‌ بوده‌و در مجاورت‌ یکدیگر فعل‌ و انفعال‌ شیمیایی‌ نداشته‌ باشد. شن‌ و ماسه‌ مورد مصرف‌ برای‌بتن‌ریزی‌ می‌تواند شن‌ و ماسه‌ شکسته‌ و یا شن‌ و ماسه‌ رودخانه‌ باشد. شن‌ و ماسه‌ رودخانه‌ای‌گرد گوشه‌ بوده‌ و قبل‌ از مصرف‌ باید حتماً شسته‌ شود تا خاک‌ و دانه‌های‌ بسیار ریز آن‌ جدا شود.اما شن‌ و ماسه‌ شکسته‌ تیز گوشه‌ بوده‌ و ابعاد آن‌ مطابق‌ دلخواه‌ تهیه‌ می‌گردد و فاقد خاک‌ بیش‌ ازاندازه‌ است‌. البته‌ شن‌ و ماسه‌ای‌ که‌ ما در کارگاه‌ از آن‌ استفاده‌ می‌کردیم‌ برای‌ تهیه‌ بتن‌ از نوع‌ شن‌ وماسه‌ شکسته‌ بود و تعیین‌ درصدهای‌ شن‌ و ماسه‌ بصورت‌ تجربی‌ بود و باید این‌ کار از آزمایش‌تهیه‌ نمونه‌ مکعبی‌ استفاده‌ نمی‌کردیم‌. که‌ البته‌ اکثراً امروزه‌ در کارهای‌ ساختمانی‌ درصد شن‌ وماسه‌ را بصورت‌ تجربی‌ بکار می‌برند.

سیمان‌

          برای‌ مصارف‌ مختلف‌ سیمان‌ انواع‌ مختلفی‌ دارد اما در شرایط‌ معمولی‌ برای‌ بتن‌ ریزی‌ ازسیمان‌ پرتلند استفاده‌ می‌کنند.

بتن‌ را از لحاظ‌ سیمان‌ مصرفی‌ به‌ شش‌ طبقه‌ زیر تقسیم‌ می‌کنند:

بتن‌ طبقه‌ 1 با 350 کیلوگرم‌ سیمان‌ در مترمکعب‌ شن‌ و ماسه‌.

بتن‌ طبقه‌ 2 با 300 کیلوگرم‌ سیمان‌ در مترمکعب‌ شن‌ و ماسه‌.

بتن‌ طبقه‌ 3 با 250 کیلوگرم‌ سیمان‌ در مترمکعب‌ شن‌ و ماسه‌.

بتن‌ طبقه‌ 4 با 200 کیلوگرم‌ سیمان‌ در مترمکعب‌ شن‌ و ماسه‌.

بتن‌ طبقه‌ 5 با 150 کیلوگرم‌ سیمان‌ در مترمکعب‌ شن‌ و ماسه‌.

بتن‌ طبقه‌ 6 با 100 کیلوگرم‌ سیمان‌ در مترمکعب‌ شن‌ و ماسه‌.

          البته‌ ما در کارگاه‌ معمولاً 400 کیلوگرم‌ سیمان‌ در مترمکعب‌ و گاهی‌ 350 کیلوگرم‌ استفاده‌می‌کردیم‌ و بتن‌ مورد نیاز برای‌ مصرف‌ را توسط‌ دستگاهی‌ بنام‌ بتونیر تهیه‌ می‌کردیم‌. بتونیردستگاهی‌ است‌ که‌ در آن‌ اجزاء تشکیل‌ دهنده‌ بتن‌ با هم‌ بخوبی‌ مخلوط‌ می‌شوند.

آب‌

          اما آب‌ مورد استفاده‌ در بتن‌ باید پاک‌ و زلال‌ باشد و فاقد عناصر ترکیب‌ شونده‌ با سیمان‌ ودانه‌های‌ تشکیل‌ دهنده‌ بتن‌ باشد.

          آبی‌ که‌ ما در کارگاه‌ استفاده‌ می‌کردیم‌ از آب‌ شرب‌ شهری‌ بود بطور کلی‌ آب‌ در بتن‌ دارای‌ سه‌نقش‌ اصلی‌ است‌:

1 ـ در مجاورت‌ آب‌، سیمان‌ شروع‌ به‌ فعل‌ و انفعالات‌ شیمیایی‌ نموده‌ و تشکیل‌ سیلیکات‌ وآلومینانهای‌ کلسیم‌ متبلور را می‌دهد که‌ اساس‌ گرفتن‌ و سخت‌ شدن‌ بتن‌ است‌.

2 ـ آب‌ سطح‌ دانه‌های‌ سنگی‌ را تر نموده‌ و باعث‌ لغزش‌ آنها بر روی‌ یکدیگر و بدیهی‌ است‌ که‌ هرقدر دانه‌ها ریزتر باشد آب‌ بیشتری‌ مصرف‌ می‌شود.

3 ـ آب‌ باعث‌ روان‌ کردن‌ بتن‌ می‌گردد تا بتن‌ بهتر قابل‌ حمل‌ باشد و در قالب‌ ریخته‌ و به‌ شکل‌قالب‌ در آیند البته‌ باید توجه‌ داشت‌ آب‌ داخل‌ بتن‌ اگر از مقدار مجاز بیشتر باشد پس‌ از تبخیرباعث‌ بوجود آمدن‌ حفره‌های‌ خالی‌ در بتن‌ می‌شود که‌ این‌ خود ضعف‌ بتن‌ است‌.

صفحه‌ زیرستون‌ یا میلگردهای‌ ریشه‌:

        چنانچه‌ پی‌ ریخته‌ شده‌ جهت‌ ستون‌ فلزی‌ باشد برای‌ آنکه‌ فشار وارده‌ از ستون‌ در سطح‌ پس‌تقسیم‌ شود زیر ستون‌ روی‌ پی‌ صفحه‌ای‌ فلزی‌ که‌ ابعاد آن‌ با محاسبه‌ تعیین‌ می‌شوند قرارمی‌دهند. چون‌ ممکن‌ است‌ به‌ ستون‌ به‌ جز بارهای‌ عمودی‌ نیروهای‌ جانبی‌ نیز وارد می‌شودصفحه‌ زیر ستون‌ را بوسیله‌ میله‌گردهایی‌ در بتن‌ محکم‌ می‌کنند.

          برای‌ این‌ منظور معمولاً به‌ چند طریق‌ عمل‌ می‌کنند اما در کارگاه‌ ما به‌ این‌ شکل‌ عمل‌ کردند که‌تعداد 4 عدد میلگرد با نمره‌ 22 به‌ زیر صفحه‌ جوش‌ دادند و آن‌ را در موقع‌ بتن‌ ریزی‌ در داخل‌ پی‌قرار دادند. چون‌ بعد از خشک‌ شدن‌ بتن‌ قدری‌ کاهش‌ حجم‌ پیدا می‌کند اغلب‌ زیر صفحه‌هاخالی‌ می‌شود. برای‌ جلوگیری‌ از این‌ موضوع‌ در موقع‌ کار گذاشتن‌ صفحه‌ سوراخی‌ در وسط‌ آن‌ایجاد می‌نمایند و صفحه‌ را آنقدر باید کوبید تا بتن‌ از این‌ سوراخ‌ بیرون‌ بیاید.

شناژ

          برای‌ آنکه‌ پی‌های‌ نقطه‌ای‌ به‌ هم‌ متصل‌ باشند و در موقع‌ نشست‌ ساختمان‌ و یا تکانهای‌ناگهانی‌ با همدیگر کار کنند پی‌های‌ نقطه‌ای‌ را به‌ وسیله‌ شناژ به‌ همدیگر متصل‌ می‌نمائیم‌.

لایه‌های‌ شناژ عبارتند از:

1 ـ زمین‌ مناسب‌

2 ـ بتن‌ مگر

3 ـ قفسه‌ شناژ

4 ـ بتن‌

          نکته‌ای‌ که‌ اینجا باید در مورد آن‌ توضیح‌ داده‌ شود در مورد قفسه‌ شناژ است‌ پس‌ از آنکه‌قالب‌بندی‌ انجام‌ شد و شبکه‌های‌ زیر ستون‌ را داخل‌ پی‌های‌ نقطه‌ای‌ قرار دادیم‌ قبل‌ از بتن‌ ریزی‌پی‌های‌ نقطه‌ای‌ را بوسیله‌ حداقل‌ 4 میله‌گرد که‌ تعداد و نمره‌ آن‌ بوسیله‌ محاسبه‌ تعیین‌ می‌گردد به‌همدیگر وصل‌ می‌نمایند این‌ میله‌گردها باید بوسیله‌ میله‌گردهای‌ عرضی‌ که‌ به‌ آن‌ خاموت‌می‌گویند به‌ همدیگر متصل‌ شوند و خاموتها باید حتماً دارای‌ خم‌ غیر 90 درجه‌ باشند.

          در موقع‌ بتن‌ ریزی‌ پی‌های‌ نقطه‌ای‌ و شناژهای‌ متصل‌ کننده‌ را با هم‌ بتن‌ریزی‌ کردیم‌ که‌ بتن‌مورد استفاده‌ را در کارگاه‌ تهیه‌ می‌کردیم‌.

اجزاء تشکیل‌ دهنده‌ ساختمانهای‌ فلزی‌

ساختمانهای‌ فلزی‌ از اجزاء مهم‌ زیر تشکیل‌ می‌شوند.

1 ـ ستونها

2 ـ پل‌ها یا تیرهای‌ اصلی‌

3 ـ تیرچه‌ها

4 ـ پروفیل‌های‌ اتصال‌ مانند نبشی‌ و تسمه‌ و غیره‌

ستون‌ها:

        ستونها از مهمترین‌ و حساس‌ترین‌ اجزاء ساختمانهای‌ فلزی‌ می‌باشند. بار سقف‌ بوسیله‌ پلها به‌ستونها منتقل‌ شده‌ و به‌ وسیله‌ ستونها به‌ زمین‌ منتقل‌ می‌گردد.

قسمتهای‌ مختلف‌ ستونها عبارتند از:

1 ـ قسمت‌های‌ اصلی‌ ستون‌

2 ـ تسمه‌های‌ اتصال‌ دهنده‌

3 ـ صفحه‌های‌ تقویتی‌

4 ـ جوش‌

5 ـ اتصال‌ ستون‌ به‌ صفحه‌ زیر ستون‌

          اما قسمت‌ اصلی‌ ستون‌ عبارتست‌ از آن‌ پروفیلی‌ که‌ بارهای‌ فشاری‌ را تحمل‌ می‌نماید. برای‌ساختن‌ ستونها از تیرآهن‌های‌ I معمولی‌ بصورت‌ دوبل‌ که‌ با تسمه‌های‌ موازی‌ با هم‌ متصل‌شده‌اند استفاده‌ کردیم‌ که‌ معمولاً نصف‌ طبقات‌ دارای‌ یک‌ نوع‌ پروفیل‌ و نصف‌ طبقات‌ دارای‌پروفیل‌ با نمره‌ کمتری‌ بودند و این‌ به‌ دلیل‌ کاهش‌ بار ستونها می‌باشد.

          ستونها ابتدا در روی‌ زمین‌ ساخته‌ می‌شدند و سپس‌ بوسیله‌ جرثقیل‌ در جای‌ خود قرارمی‌گرفتند و بوسیله‌ اتصالات‌ جوشی‌ و ورق‌های‌ اتصال‌ به‌ یکدیگر متصل‌ می‌شوند. البته‌ در موقع‌ساختن‌ ستونها باید دقت‌ شود که‌ ستونها راست‌ و دارای‌ یک‌ امتداد باشند در موقع‌ ستون‌ سازی‌به‌ دو علت‌ ممکن‌ است‌ در آن‌ انحناء ایجاد شود اول‌ آنکه‌ امکان‌ دارد تیرآهنهای‌ مورد استفاده‌برای‌ ساختن‌ ستون‌ در موقع‌ حمل‌ و نقل‌ پیچیدگی‌ پیدا کرده‌ باشد. و دوم‌ آنکه‌ ممکن‌ است‌ درموقع‌ جوشکاری‌ در اثر جوشکاری‌ غیر فنی‌ و نادرست‌ در ستون‌ پیچیدگی‌ ایجاد شود که‌ در موردساختمانهای‌ فلزی‌ بلند مورد دوم‌ اکثراً وجود دارد و ستونها دارای‌ پیچیدگی‌ کمی‌ هستند.

تسمه‌های‌ اتصال‌

        همانطور که‌ گفته‌ شد ممکن‌ است‌ ستون‌ از دو تیرآهن‌ I یا دو عدد ناودانی‌ یا غیره‌ تشکیل‌ شده‌باشد اما ستونهایی‌ که‌ ما برای‌ پروژه‌ مذکور بکار بردیم‌ از نوع‌ دو تیر آهن‌ I بودند که‌ این‌ پروفیلهاباید بیکدیگر متصل‌ شود معمولاً این‌ پروفیلها را بوسیله‌ تسمه‌ به‌ همدیگر متصل‌ می‌نمائیم‌ ابعاداین‌ تسمه‌ها بوسیله‌ محاسبه‌ تعیین‌ می‌گردد البته‌ برای‌ ساختمانهای‌ معمولی‌ از تسمه‌های‌ به‌ ابعادتقریبی‌ 10 × 100 استفاده‌ می‌گردد طول‌ تسمه‌ معمولاً با اندازه‌ پشت‌ تا پشت‌ ستون‌ می‌باشدالبته‌ قدری‌ کوچکتر بخاطر جوشکاری‌ تسمه‌ها را معمولاً در اکثر نقاط‌ بطور موازی‌ با یکدیگرجوش‌ می‌دهند و فاصله‌ آنها از یکدیگر در حدود 40 سانتی‌ متر می‌باشد.

صفحه‌های‌ تقویتی‌:

        گاهی‌ ممکن‌ است‌ ستون‌ انتخاب‌ شده‌ از لحاظ‌ شماره‌ تیرآهن‌ برای‌ کلیه‌ طبقات‌ مناسب‌ بوده‌ وفقط‌ برای‌ یک‌ یا دو طبقه‌ پایین‌ که‌ بار بیشتری‌ را حمل‌ می‌نماید ضعیف‌ باشد در این‌ صورت‌ممکن‌ است‌ مهندسین‌ محاسب‌ برای‌ تقویت‌ ستون‌ ورقهای‌ تقویتی‌ سراسری‌ پیشنهاد نماید دراین‌ صورت‌ دیگر برای‌ اتصال‌ ستون‌ در این‌ قسمت‌ از تسمه‌ استفاده‌ نمی‌گردد. لازم‌ است‌ که‌یادآوری‌ شود که‌ تسمه‌های‌ اتصال‌ و ورق‌ بست‌ جز و محاسبه‌ نبوده‌ و فقط‌ برای‌ اتصال‌ بکارمی‌روند.

          در موقع‌ جوشکاری‌ ورقهای‌ تقویتی‌ باید نکات‌ مذکور در جوشکاری‌ تسمه‌ها رعایت‌ گردد. جوشکاری‌ ورقهای‌ تقویتی‌ باید کافی‌ و با بعد معین‌ باشد تا نقطه‌ ضعفی‌ از این‌ نظر ایجاد نشود.

تقلیل‌ ضخامت‌ ستون‌:

        در ساختمانهای‌ مرتفع‌ که‌ در طبقات‌ پایین‌ از ستون‌هائی‌ با شماره‌ زیاد استفاده‌ می‌گردد ازلحاظ‌ اقتصادی‌ مقرون‌ بصرفه‌ نیست‌ که‌ ستونها با همین‌ شماره‌ در طبقات‌ بالا که‌ بار کمتری‌ راتحمل‌ می‌نماید ادامه‌ یابد لذا بعد از هر دو یا سه‌ طبقه‌ از تیرآهنهائی‌ با دو یا چهار شماره‌ کمتر ‌با‌ ساختن‌ ستون‌ استفاده‌ می‌شود در این‌ مواقع‌ باید از چهار شماره‌ عدد تسمه‌استفاده‌ شود که‌ دو عدد آن‌ فقط‌ به‌ ستون‌ باریکتر جوش‌ می‌شود تا باستون‌ پهن‌تر هم‌ رو شود و به‌آن‌ تسمه‌ هم‌ رو کننده‌ می‌گویند.

          از دو تسمه‌ دیگر برای‌ اتصال‌ دو قسمت‌ ستون‌ بیکدیگر استفاده‌ می‌گردد بدیهی‌ است‌ضخامت‌ دو عدد تسمه‌ اول‌ متناسب‌ با تقلیل‌ نمره‌ ستون‌ بوده‌ و چنانچه‌ این‌ تقلیل‌ 2 نمره‌ باشد ازنتیجه‌ به‌ ضخامت‌ 1 سانتی‌ متر استفاده‌ می‌شود و اگر چهار نمره‌ باشد از تسمه‌ با ضخامت‌ 2سانتی‌ متر استفاده‌ می‌شود مثلاً اگر ستون‌ ضخیم‌تر از تیرآهن‌ نمره‌ 18 استفاده‌ شود ستون‌ باریکتراز تیرآهن‌ نمره‌ 16 برای‌ تسمه‌ هم‌ رو کننده‌ از یک‌ تسمه‌ یک‌ سانتی‌ متری‌ استفاده‌ می‌شود.

          طول‌ تسمه‌های‌ اول‌ در حدود 30 الی‌ 40 سانتی‌ متر بود و طول‌ تسمه‌ دوم‌ که‌ هر دو قسمت‌ستون‌ را در برمی‌گیرد باید در حدود 50 الی‌ 60 سانتی‌ متر، پهنای‌ تسمه‌ مساوی‌ پشت‌ تا پشت‌ستون‌ می‌باشد.

          علاوه‌ بر تسمه‌های‌ فوق‌ دو عدد تسمه‌ به‌ طول‌ تقریبی‌ 50 الی‌ 60 سانتی‌ متر نیز به‌ جان‌ستونها جوش‌ می‌شود. بهتر است‌ این‌ تقلیل‌ ضخامت‌، درست‌ در وسط‌ دو گره‌ انجام‌ شود زیرا دراین‌ نقطه‌ ممانهای‌ وارده‌ بر ستون‌ مساوی‌ صفر است‌ (محل‌ عبور پل‌ از ستون‌ را گره‌ می‌گویند)معمولاً گره‌ در طبقات‌ ایجاد می‌شود.

          اگر طول‌ ستونی‌ از 12 متر بلندتر باشد ناچار باید دو یا چند قطعه‌ تیرآهن‌ را به همدیگر جوش‌ بدهیم‌ در این‌ حالت‌ باید از چهار قطعه‌ تسمه‌ به‌ طول‌ حدود 50 سانتی‌ متر استفاده‌ کرد. که‌ دوعدد آن‌ به‌ دو بال‌ تیرآهن‌ و دو عدد دیگر به‌ جان‌ تیرآهنها جوش‌ می‌شود باید دقت‌ نمود که‌ دوقطعه‌ ستون‌ کاملاً در امتداد یکدیگر بوده‌ و هیچ‌ انحنایی‌ نداشته‌ و باشد طول‌ و بعد جوش‌ بایدکنترل‌ شود تا حتماً مطابق‌ نقشه‌ باشد.

          پهنای‌ کلیه‌ صفحه‌ها و تسمه‌های‌ اتصال‌ پشت‌ تا پشت‌ ستون‌ است‌ قدری‌ کمتر برای‌جوشکاری‌ و یا محور تا محور ستون‌ است‌ قدری‌ بیشتر.

لچگی‌ یا ورق‌ پشت‌ بند:

        اگر بار و ممان‌ وارده‌ به‌ پای‌ ستون‌ زیاد باشد و احتمال‌ خم‌ شدن‌ نبشی‌ها در محل‌ ستون‌ باصفحه‌ زیر ستون‌ موجود باشد دو یا سه‌ قطعه‌ تسمه‌ بصورت‌ لچگی‌ بین‌ دو بال‌ نبشی‌ قرار داده‌ وبخوبی‌ جوش‌ می‌دهند تا از خم‌ شدن‌ نبشی‌ جلوگیری‌ نمایند از این‌ قطعات‌ لچگی‌ در نبشی‌های‌زیر سرپلها که‌ دارای‌ بار زیاد می‌باشد نیز استفاده‌ می‌گردد ضخامت‌ این‌ لچگی‌ها در حدود 10 الی‌12 میلیمتر می‌باشد.

ورق‌ بست‌:

        در بالا و پایین‌ و همچنین‌ در محل‌ عبور پلها در طبقات‌ برای‌ ستونهای‌ سراسری‌ بجای‌ تسمه‌ ازورق‌ استفاده‌ می‌نمایند که‌ به‌ آن‌ ورق‌ بست‌ می‌گویند.

          پهنای‌ ورق‌ بست‌ به‌ اندازه‌ پشت‌ ستون‌ می‌باشد و ارتفاع‌ آن‌ حداقل‌ در ابتدا و انتهای‌ ستون‌برابر پهنای‌ ورق‌ نسبت‌ و ضخامت‌ آن‌ حداقل‌ 1/50 ارتفاع‌ در نظر گرفته‌ می‌شود ارتفاع‌ ورق‌ بست‌در قسمتهای‌ میانی‌ باندازه‌ ارتفاع‌ پل‌ بعلاوه‌ پهنای‌ دو عدد نبشی‌ تکیه‌گاهی‌ بالا و پایین‌ پل‌می‌باشد.

          در موقع‌ نصب‌ تسمه‌های‌ اتصال‌ دهنده‌ باید دقت‌ شود و در محل‌ ورقهای‌ بست‌ طول‌ آنرا درنظر گرفته‌ و جای‌ خالی‌ منظور نمایند.

جوش‌:

        متداولترین‌ وسیله‌ اتصال‌ دهنده‌ قطعات‌ فلزی‌ به یکدیگر در ایران‌ جوشکاری‌ می‌باشد که‌معمولاً از دستگاههای‌ جوش‌ برقی‌ استفاده‌ می‌شود این‌ دستگاه‌ ممکن‌ است‌ مستقیماً با برق‌ شهرکار کند و یا خود بوسیله‌ موتوری‌ تولید برق‌ نموده‌ و عمل‌ جوشکاری‌ را انجام‌ دهد البته‌ معمولاً ازبرق‌ شهری‌ برای‌ جوشکاری‌ استفاده‌ می‌کنند. برای‌ جوشکاری‌ در ساختمانهای‌ فلزی‌ دستگاهی‌که‌ مستقیماً به‌ برق‌ شهر وصل‌ می‌شود به‌ هیچ‌ وجه‌ پیشنهاد نمی‌گردد و بهتر است‌ از دستگاههای‌جوش‌ سیار استفاده‌ شود بهرحال‌ اسکلت‌ فلزی‌ بهتر است‌ با برق‌ متوالی‌ جوشکاری‌ شود.

          در بعضی‌ از ساختمانهای‌ فلزی‌ قطعات‌ بوسیله‌ پیچ‌ و مهره‌ و یا میخ‌ و پرچ‌ به‌ یکدیگر متصل‌می‌گردند که‌ البته‌ این‌ روش‌ خیلی‌ رایج‌ نمی‌باشد و تنها در مورد سوله‌ها ممکن‌ است‌ بکار رود.

بعد جوش‌ بوسیله‌ محاسبه‌ تعیین‌ می‌گردد.

          و بستگی‌ به‌ قطر قطعاتی‌ دارد که‌ بوسیله‌ جوش‌ به یکدیگر متصل‌ می‌شوند. ولی‌ در هر حال‌نباید از 6 میلیمتر کمتر باشد. در موقع‌ انتخاب‌ الکترود جوشکاری‌ باید دقت‌ کافی‌ بعمل‌ آید والکترودی‌ انتخاب‌ بشود که‌ متناسب‌ با بعد جوشکاری‌ بوده‌ و بعد لازم‌ را براحتی‌ ایجاد نماید.

          حداقل‌ قطر الکترود جوشکاری‌ برای‌ اسکلت‌ فلزی‌ 4 میلیمتر پیشنهاد می‌گردد.

          باید دقت‌ شود که‌ جوشکاری‌ در کلیه‌ قسمتها یکنواخت‌ بوده‌ و با بعد مساوی‌ انجام‌ گردد به اصطلاح‌ زنجیره‌ای‌ باشد.

          بهتر است‌ تا آنجا که‌ امکان‌ دارد جوشکاری‌ روی‌ زمین‌ بطور افقی‌ روی‌ قطعات‌ انجام‌ شده‌آنگاه‌ قطعه‌ در محل‌ خود نصب‌ گردد تا امکان‌ جوش‌ وجود داشته‌ باشد.

          از جوش‌ سر بالا و یا سرازیر تا آنجا که‌ ممکن‌ است‌ خودداری‌ گردد زیرا برای‌ این‌ نوع‌جوشکاری‌ احتیاج‌ به‌ کارگران‌ ورزیده‌ می‌باشد که‌ به‌ کارگیری‌ آنها مشکل‌ است‌.

اتصال‌ ستون‌ به‌ صفحه‌ زیر ستون‌

        قبل‌ از هر چیز باید یادآوری‌ شود که‌ صفحه‌ زیر ستون‌ باید قبلاً تراز و در یک‌ سطح‌ کار گذاشته‌شود و سپس‌ سطح‌ انتهایی‌ ستون‌ یعنی‌ محل‌ اتصال‌ آن‌ به‌ صفحه‌ زیر ستون‌ باید کاملاً مستوی‌بوده‌ بطوریکه‌ در موقع‌ قراردادن‌ آن‌ روی‌ صفحه‌ تمام‌ نقاط‌ آن‌ با صفحه‌ در تماس‌ باشد.

          آنگاه‌، ستون‌ را بلند کرده‌ و در محل‌ خود قرار می‌دهند لازم‌ به‌ یادآوری‌ است‌ که‌ ستون‌ رااغلب‌ بوسیله‌ جرثقیل‌ بلند می‌کنند. آنگاه‌ ستون‌ را با دوربین‌ و اگر نباشد یا شاقول‌ معمولی‌ بنائی‌شاقول‌ می‌کنند.

پل‌ها یا تیرهای‌ اصلی‌

        پلها آن‌ قسمت‌ از ساختمان‌ فلزی‌ هستند که‌ بار سقف‌ به‌ وسیله‌ آنها به‌ ستونها منتقل‌ می‌گردد ویا به‌ آن‌ عضو از ساختمان‌ فلزی‌ که‌ بین‌ ستونها قرار می‌گیرد پل‌ و یا تیر اصلی‌ می‌گویند.

قسمتهای‌ مختلف‌ تیرهای‌ اصلی‌ و سقف‌:

1 ـ طریقه‌ اتصال‌ پل‌ به‌ ستون‌

2 ـ نکاتی‌ در مورد ساختن‌ پلها

3 ـ پلهای‌ لانه‌ زنبوری‌

4 ـ تیرچه‌

5 ـ پروفیلهای‌ اتصال‌

1 ـ طریقه‌ اتصال‌ پل‌ به‌ ستون‌

حالت‌ اول‌ پل‌ از کنار ستون‌ عبور نماید:

          ساده‌ترین‌ شکل‌ اتصال‌ پل‌ به‌ ستون‌ آن‌ است‌ که‌ پل‌ در جهت‌ بال‌ تیرآهن‌ ستون‌ امتداد پیدا کند.در این‌ حالت‌ معمولاً از پلهای‌ سرتاسری‌ استفاده‌ می‌نمایند، این‌ پلها بوسیله‌ یک‌ عدد ورق‌ بست‌که‌ در محل‌ عبور پل‌ به‌ ستون‌ جوش‌ می‌شود و همچنین‌ یک‌ عدد نبشی‌ 10 یا 12 که‌ روی‌ ورق‌بست‌ جوش‌ می‌گردد، به‌ ستون‌ متصل‌ می‌شود، (ابعاد نبشی‌ طبق‌ محاسبه‌ تعیین‌ می‌گردد) بعضی‌از مهندسین‌ محاسب‌ برای‌ آنکه‌ تکیه‌ گاهی‌ تقریباً گیردار بوجود بیاورند یک‌ عدد نبشی‌ نیز روی‌پل‌ قرار می‌دهند برای‌ ایجاد تکیه‌گاهی‌ که‌ کاملاً گیردار باشد باید از صفحه‌های‌ ممان‌ گیر استفاده‌نمود.

          صفحه‌ ممان‌ گیر صفحه‌ای‌ است‌ به‌ شکل‌ ذوزنقه‌ یا مستطیل‌ که‌ روی‌ پل‌ قرار گرفته‌ و آنرا به‌ستون‌ وصل‌ می‌نمایند. ولی‌ بعضی‌ها از قراردادن‌ این‌ نبشی‌ اخیر صرف‌ نظر نموده‌ و تکیه‌ گاه‌ راساده‌ در نظر می‌گیرند.

          در این‌ خصوص‌ در ایران‌ اغلب‌ مهندسین‌ محاسب‌ به‌ همین‌ طریق‌ عمل‌ می‌نمایند یعنی‌ پل‌ رااز کنار ستون‌ عبور داده‌ و در این‌ حالت‌ پل‌ را ممتد محاسبه‌ می‌نمایند و مخصوصاً در ستونهای‌میانی‌ اسکلت‌ از دو طرف‌ ستون‌ پلهای‌ ممتد را عبور داده‌ و به‌ اصطلاح‌ از گره‌ خور جینی‌ استفاده‌می‌نمایند.

          به‌ عقیده‌ اغلب‌ زلزله‌شناسان‌ این‌ نوع‌ اتصال‌ در مقابل‌ زلزله‌ از مقاومت‌ خوبی‌ برخوردارنیست‌. چنانچه‌ بار پل‌ در محل‌ اتصال‌ ستون‌ زیاد باشد و امکان‌ خم‌ نمودن‌ نبشی‌ تکیه‌گاه‌ وجودداشته‌ باشد بهتر است‌ یک‌ عدد صفحه‌ مثلثی‌ شکل‌ بین‌ دو بال‌ نبشی‌ جوش‌ داد. تا از خم‌ شدن‌ آن‌جلوگیری‌ شود به‌ این‌ صفحه‌ لچگی‌ می‌گویند.

حالت‌ دوم‌ آن‌ است‌ که‌ پل‌ از وسط‌ ستون‌ عبور نماید:

          در این‌ حالت‌ باید دقت‌ شود تا در موقع‌ ساختن‌ ستون‌ فاصله‌ لب‌ به‌ لب‌ دو عدد تیرآهن‌ که‌ درشکل‌ با حرف‌ D نشان‌ داده‌ شده‌ است‌ حداقل‌ نیم‌ سانتی‌ متر از بال‌ پلی‌ که‌ می‌خواهد از داخل‌ آن‌عبور کند بیشتر باشد تا امکان‌ عبور پل‌ فراهم‌ گردد. بدیهی‌ است‌ چنانچه‌ برای‌ ستونها از آهن‌ Hاستفاده‌ شود اجزاء این‌ طریقه‌ ممکن‌ نیست‌.

          اصولاً امکان‌ عبور پل‌های‌ سراسری‌ در این‌ نوع‌ اتصال‌ قدری‌ مشکل‌ می‌باشد زیرا اگر دو طرف‌ساختمان‌ احداثی‌ باز نباشد به‌ سختی‌ می‌توان‌ یک‌ عدد پل‌ سراسری‌ را از بین‌ ستونها عبور داد به‌این‌ لحاظ‌ در این‌ نوع‌ مواقع‌ پل‌ را به‌ قطعات‌ کوچک‌ بریده‌ و در جای‌ خود قرار داده‌ و بعد دوباره‌آنرا جوش‌ می‌دهند. این‌ عمل‌ چنانچه‌ اتصالات‌ به‌ خوبی‌ انجام‌ شود اشکال‌ نداشته‌ و این‌ پل‌مانند پل‌ سراسری‌ یکپارچه‌ عمل‌ خواهد کرد.

          بهتر است‌ محل‌ برش‌ در 1/5 دهانه‌ بین‌ دو ستون‌ واقع‌ شود. زیرا فرض‌ بر این‌ است‌ که‌ درفاصله‌ 1/5 نیروهای‌ وارده‌ به‌ پل‌ حداقل‌ می‌باشد. در این‌ حالت‌ چنانچه‌ بخواهیم‌ از نبشی‌ فوقانی‌نیز استفاده‌ نمائیم‌ باید ورق‌ بست‌ دو تکه‌ باشد.

حالت‌ سوم‌ موقعی‌ است‌ که‌ پل‌ به‌ جان‌ ستون‌ ختم‌ می‌شود:

          در این‌ حالت‌ امکان‌ ایجاد پلهای‌ سراسری‌ ممکن‌ نیست‌ زیرا اگر بخواهیم‌ پل‌ سراسری‌ اجراءنمائیم‌ مجبور هستیم‌ سوراخی‌ در جان‌ ستون‌ ایجاد کنیم‌ که‌ خود باعث‌ ضعف‌ ستون‌ می‌شودبدین‌ لحاظ‌ بهتر است‌ پل‌ را در این‌ حالت‌ قطعه‌ قطعه‌ سوار کنیم‌ البته‌ باید توجه‌ داشت‌ چنانچه‌ درنقشه‌های‌ محاسباتی‌ پلهای‌ سراسری‌ داده‌ شده‌ باشد مجبور به‌ اجرای‌ آن‌ هستیم‌.

2 ـ نکاتی‌ در مورد ساختن‌ پلها

          گاهی‌ ممکن‌ است‌ برای‌ دهانه‌ای‌ پلها را با دو یا یک‌ عدد تسمه‌ که‌ به‌ بال‌ تیر جوش‌ می‌شود تقویت‌ نمائیم‌ این‌ تسمه‌ها معمولاً در تیرهای‌ ساده‌ در وسط‌ پل‌ و در تیرهای‌ ممتد در نزدیکی‌ تکیه‌ گاه‌ جوش‌ می‌شود.

          چنانچه‌ برای‌ تقویت‌ پل‌ از یک‌ عدد تسمه‌ استفاده‌ نمائیم‌ بهتر است‌ که‌ این‌ تسمه‌ از بالا جوش‌شود زیرا در صورتیکه‌ از پائین‌ جوش‌ شود در موقع‌ سفید کاری‌ مزاحمت‌ ایجاد کرده‌ و مجبورهستیم‌ ضخامت‌ گچ‌ و خاک‌ را در کلیه‌ سطح‌ سقف‌ باندازه‌ ضخامت‌ تسمه‌ تقویتی‌ افزایش‌ دهیم‌.

          اگر پهنای‌ تسمه‌ تقویتی‌ از بال‌ تیرآهن‌ کمتر باشد اشکال‌ ایجاد نمی‌شود زیرا به‌ راحتی‌ می‌توان‌تسمه‌ را روی‌ پل‌ قرار داد و جوشکاری‌ نمائیم‌. ولی‌ اگر پهنای‌ تسمه‌ از بال‌ پل‌ پهن‌تر باشد بهتراست‌ تیرآهن‌ پل‌ را قبل‌ از نصب‌ در محل‌ برگردانیده‌ و محل‌ تسمه‌ را دقیقاً معلوم‌ کرده‌ و آنرا از بالاجوش‌ بدهیم‌.

          باید دقت‌ شود که‌ طول‌ جوش‌ مطابق‌ نقشه‌ و به‌ اندازه‌ کافی‌ باشد چنانچه‌ طول‌ جوش‌ در نقشه‌قید نشده‌ باشد طول‌ آن‌ در هر طرف‌ نصف‌ طول‌ تسمه‌ می‌باشد (در دو طرف‌ مساوی‌ طول‌تسمه‌).

اتصال‌ و پلهای‌ سراسری‌

        با توجه‌ به‌ اینکه‌ طول‌ تیرآهن‌ معمولی‌ 12 متر است‌ اگر طول‌ پل‌ سراسری‌ ما بیش‌ از 12 مترباشد ناچار به‌ اتصال‌ دو قطعه‌ تیرآهن‌ به‌ همدیگر هستیم‌ که‌ در این‌ صورت‌ باید کاملاً طبق‌ نقشه‌محاسباتی‌ عمل‌ نموده‌ و اگر در این‌ مورد دیتیلی‌ نداشته‌ باشد باید دو قطعه‌ پل‌ را با نظر مهندس‌محاسب‌ یا مهندس‌ ناظر کارگاه‌ بوسیله‌ تسمه‌ با طول‌ کافی‌ از بالا وپایین‌ و جان‌ تیر به‌ همدیگرمتصل‌ نمائیم‌ طول‌ این‌ تسمه‌ و همچنین‌ ضخامت‌ آن‌ و بعد جوش‌ نسبت‌ به‌ تیرآهنهای‌ مختلف‌متفاوت‌ است‌ چنانچه‌ ممکن‌ باشد بهتر است‌ جوشکاری‌ روی‌ زمین‌ و معمولی‌ انجام‌ شود وحتی‌المقدور از جوش‌ سربالا و سرازیر خودداری‌ شود.

اتصال‌ دو پل‌ که‌ از کنار هم‌ عبور می‌کنند:

          چنانچه‌ از دو سمت‌ بال‌ یک‌ ستون‌ دو پل‌ عبور کنند بهتر است‌ که‌ این‌ پل‌ را با تسمه‌هایی‌ درچند نقطه‌ به‌ همدیگر متصل‌ نمائیم‌ تا پل‌ها یک‌ پارچه‌ و با هم‌ کار کنند. به‌ این‌ طریق‌ این‌ اتصال‌ به‌مقدار قابل‌ ملاحظه‌ای‌ در مقابل‌ نیروی‌ زلزله‌ مقاومت‌ خواهد نمود.

3 ـ تیرهای‌ لانه‌ زنبوری‌

          همانطوریکه‌ میدانیم‌ ممان‌ اینرسی‌ هر نقطه‌ مادی‌ نسبت‌ به‌ هر محور مساوی‌ است‌ با جرم‌ آن‌نقطه‌ ضرب‌ در مجذور فاصله‌ آن‌ نقطه‌ تا آن‌ محور به‌ همین‌ دلیل‌ در موقع‌ طرح‌ نیم‌ رخ‌ تیرآهن‌برای‌ آن‌ که‌ ممان‌ اینرسی‌ مقطع‌ هر قدر ممکن‌ است‌ بیشتر باشد قسمت‌ اعظم‌ وزن‌ تیرآهن‌ را دربالها که‌ در دو طرف‌ جان‌ آن‌ واقع‌ شده‌ است‌ قرار داده‌اند تا هر قدر ممکن‌ است‌ از محور خنثی‌دورتر بوده‌ و مانع‌ اینرسی‌ آن‌ بالاتر برود.

          اینک‌ چنانچه‌ در محوری‌ فرض‌ شود که‌ نیروی‌ برشی‌ وجود نداشته‌ برای‌ بدست‌ آوردن‌ ممان‌اینرسی‌ باز هم‌ بیشتر سعی‌ می‌کنند که‌ بالها را از محور خنثی‌ دورتر نماید بدین‌ لحاظ‌ جان‌ تیر آهن‌را مطابق‌ شکل‌ بریده‌ و مطابق‌ شکل‌ آنرا جوش‌ می‌دهند بدین‌ ترتیب‌ مقطع‌ دارای‌ ممان‌ اینرسی‌بزرگتر می‌شود.

البته‌ چنانچه ‌تیرآهن‌ را بصورت‌ لانه‌ زنبوری‌ در بیاوریم‌ جان‌ تیرآهن‌ را ضعیف‌ کرده‌ایم‌ برای‌ اینکه‌ تیرآهن‌ بتواند در مقابل‌ نیروی‌ برشی‌ احتمالی‌ مقاومت‌ نماید دو سوراخ‌ نزدیک‌ تکیه‌گاه‌ها را بوسیله ‌صفحه‌هائی‌ می‌پوشانیم‌.

                        ضخامت‌ این‌ صفحه‌ و همچنین‌ پهنای‌ آن‌ بوسیله‌ محاسبه‌ تعیین‌ می‌گردد و حداقل‌ ضخامت‌آن‌ 10 میلی‌ متر و پهنای‌ آن‌ مساوی‌ پهنای‌ جان‌ تیرآهن‌ لانه‌ زنبوری‌ شده‌ است‌.

4 ـ تیرچه‌

          اگر برای‌ پوشش‌ سقف‌ از طاق‌ ضربی‌ استفاده‌ می‌نمائیم‌ ناچاراً باید همانطوری‌ که‌ درساختمانهای‌ آجری‌ توضیح‌ داده‌ شد تیرآهنهائی‌ با شماره‌ محاسبه‌ شده‌ روی‌ پلها کشیده‌ و بین‌این‌ آهنها را طاق‌ ضربی‌ بزنیم‌ این‌ تیرچه‌ها ممکن‌ است‌ سرتاسری‌ بوده‌ و از روی‌ پلها عبور نمایددر این‌ صورت‌ باید محل‌ برخورد تیرچه‌ و پل‌ جوشکاری‌ شود بدیهی‌ است‌ در این‌ حالت‌ کلفتی‌پل‌ از زیر دیده‌ می‌شود که‌ باید به‌ وسیله‌ سقف‌ کاذب‌ پوشانیده‌ شود و یا طبق‌ نظر مهندس‌ معماراقدام‌ گردد و یا تیرآهنها توی‌ دل‌ پلها کار گذاشته‌ می‌شود که‌ در این‌ صورت‌ باید حتماً هر دو سر آن‌از یک‌ طرف‌ به‌ وسیله‌ یک‌ عدد نبشی‌ نمره‌ 5 یا 6 به‌ پل‌ متصل‌ گردد و تیرچه‌ باید از یک‌ طرف‌زبانه‌ بشود و در غیر اینصورت‌ به‌ اندازه‌ بال‌ پل‌ از زیر اختلاف‌ سطح‌ به‌ وجود می‌آید که‌ بایدبوسیله‌ گچ‌ و خاک‌ و سفید کاری‌ پر شود.

5 ـ پروفیلهای‌ اتصال‌ و میله‌ مهار

          در سقفهای‌ طاق‌ ضربی‌ با توجه‌ به‌ خیز طاق‌ که‌ در حدود 2 الی‌ 3 سانتی‌ متر می‌باشد طاق‌نیروئی‌ در جهت‌ افق‌ به‌ تیرآهنهای‌ جانبی‌ خود وارد می‌نماید.

          که‌ این‌ نیرو در طاقهای‌ میانی‌ به‌ وسیله‌ طاق‌ پهلوئی‌ خنثی‌ می‌شود ولی‌ در آخرین‌ دهانه‌ این‌نیرو باعث‌ می‌شود که‌ تیرآهن‌ را به‌ کنار رانده‌ در نتیجه‌ طاق‌ فرو ریزد برای‌ جلوگیری‌ از این‌ کارآخرین‌ تیرآهن‌ را حداقل‌ در دو نقطه‌ به‌ تیرآهن‌ ما قبل‌ آخر می‌بندد و این‌ کار معمولاً وسیله‌ میله‌گردهایی‌ به‌ قطر 10 الی‌ 12 میلی‌ متر انجام‌ می‌شود به‌ این‌ میله‌گردها میله‌ مهار گفته‌ می‌شود. البته‌از میله‌گردها در نقاط‌ دیگر ساختمان‌ مانند سقف‌ کاذب‌ و غیره‌ نیز استفاده‌ می‌شود.

          از نبشی‌ برای‌ تکیه‌گاه‌ پلها و همچنین‌ برای‌ اتصال‌ تیرچه‌ها به‌ پلها و اتصال‌ ستون‌ به‌ صفحه‌ زیرستون‌ استفاده‌ می‌شود. محل‌ استفاده‌ صفحه‌ برای‌ ورق‌ بست‌ و وصله‌ نمودن‌ دو تیرآهن‌ و غیره‌می‌باشد.

وصله‌ نمودن‌ دو قطعه‌ تیرآهن‌ به‌ یکدیگر

        چنانچه‌ مجبور باشیم‌ دو قطعه‌ تیرآهن‌ را به‌ هم‌ دیگر متصل‌ نمائیم‌ اگر از این‌ تیر برای‌ پل‌استفاده‌ شود کافی‌ است‌ به‌ وسیله‌ دو قطعه‌ تسمه‌ به‌ دو طرف‌ جان‌ تیر و یک‌ قطعه‌ روی‌ بال‌ تیر به‌سمت‌ بالا آنها را به‌ هم‌ وصل‌ نمائیم‌ اگر این‌ قطعه‌ برای‌ تیرچه‌ استفاده‌ شود به‌ وسیله‌ یک‌ قطعه‌ درجان‌ تیر و یک‌ قطعه‌ وصله‌ روی‌ بال‌ تیر آن‌ را به‌ هم‌ متصل‌ می‌نمائیم‌. طول‌ و ضخامت‌ تسمه‌ طبق‌محاسبه‌ به‌ دست‌ می‌آید ولی‌ در ساختمانهای‌ معمولی‌ طول‌ قطعه‌ در حدود 60 سانتی‌ متر وضخامت‌ آن‌ در حدود یک‌ سانتی‌ متر کافی‌ است‌.

پله‌

        در مورد پله‌ در محل‌ خم‌ پله‌ حتماً باید حداقل‌ از یک‌ رو وصله‌ انداخته‌ شود و برای‌ اینکه‌ این ‌وصله‌ محکم‌ باشد اگر از یک‌ عدد تسمه‌ مستطیل‌ شکل‌ استفاده‌ شود بهتر است‌.

بادبند:

        متداولترین‌ بادبندها نیمرخهایی‌ از فولاد هستند که‌ بصورت‌ ضرب‌ در بین‌ دو ستون‌ قرارمی‌گیرند مانند نبشی‌ ناودانی‌ ـ تیرآهن‌ و غیره‌ برای‌ آنکه‌ سطح‌ جوش‌ در بادبندها به‌ اندازه‌ کافی‌باشد در محل‌ اتصال‌ بادبند به‌ گره‌ها و یا محل‌ برخورد دو پروفیل‌ بادبند به‌ همدیگر صفحه‌هایی‌جوش‌ می‌دهند. طول‌ و عرض‌ و ضخامت‌ این‌ صفحات‌ با محاسبه‌ تعیین‌ می‌شود ولی‌ ابعادتقریبی‌ آن‌ در حدود 35 * 35 سانتی‌ متر به‌ ضخامت‌ 10 میلیمتر می‌باشد.

          اگر دهانه‌ای‌ از ساختمان‌ بادبندی‌ شود باید حتماً قسمتهای‌ پایین‌ همین‌ دهانه‌ تا روی‌فونداسیون‌ بادبندی‌ ادامه‌ یابد. این‌ بادبندها باعث‌ می‌شود نیروئی‌ که‌ در اثر باد و یا زلزله‌ به‌ بالای‌ستون‌ وارد می‌شود به‌ سرعت‌ به‌ زمین‌ منتقل‌ شود.

دیوار زیر زمین‌:

        هر قسمت‌ از ساختمان‌ که‌ پایین‌تر از سطح‌ زمین‌ ساخته‌ شود اصطلاحاً به‌ آن‌ زیر زمین‌می‌گویند.

          معمولاً قسمتهایی‌ از ساختمان‌ که‌ دارای‌ اهمیت‌ کمتری‌ است‌ در زیر زمین‌ ساخته‌ می‌شودمانند انبارها، پارکینگ‌ها و موتورخانه‌ها.

          نظر به‌ اینکه‌ دیوارهای‌ جانبی‌ زیرزمین‌ با خاک‌ در تماس‌ است‌ اگر در موقع‌ ساختن‌ اصول‌ فنی‌در آن‌ عمل‌ نیاید همیشه‌ رطوبت‌ به داخل‌ زیر زمین‌ نفوذ نموده‌ و ایجاد مزاحمت‌ می‌نماید. روی‌این‌ اصل‌ در موقع‌ ساختن‌ دیوار زیر زمین‌ یک‌ لایه‌ قیر و گونی‌ بین‌ لایه‌های‌ آن‌ بکار می‌برند تا مانع‌نفوذ رطوبت‌ بداخل‌ زیر زمین‌ بشود.

لایه‌های‌ دیوار زیر زمین‌ از خارج‌ به‌ داخل‌ عبارتند از:

1 ـ خاک‌ طبیعی‌ یا شفته‌

2 ـ دیوار محافظ‌

3 ـ لایه‌ ماسه‌ و سیمان‌ جهت‌ زیر قیر و گونی‌

4 ـ قیر و گونی‌

5 ـ دیوار اصلی‌

6 ـ گچ‌ کاری‌ یا سیمان‌ کاری‌ که‌ معمولاً دیوارها را پلاستر سیمانی‌ می‌کنند.

خاک‌ طبیعی‌ یا شفته‌:

        نظر به‌ اینکه‌ ممکن‌ است‌ زمین‌ محل‌ گودبرداری‌ ریزشی‌ بوده‌ و امکان‌ گودبرداری‌ با زاویه‌قائمه‌ نباشد لذا دیوارهای‌ گود را به‌ نسبت‌ خاک‌ محل‌ با زاویه‌ مناسب‌ گودبرداری‌ می‌کنند این‌تعداد خاک‌ برداری‌ اضافه‌ باید بوسیله‌ شفته‌ یا بتن‌ پر شود البته‌ شفته‌ ریزی‌ باید بعد از چیدن‌دیوار اصلی‌ یا در حین‌ آن‌ انجام‌ شود تا فشار جانبی‌ شفته‌ یا بتن‌ به‌ وسیله‌ دیوار اصلی‌ تحمل‌ گردد.

دیوار محافظ‌:

        ساختن‌ این‌ دیوار فقط‌ برای‌ ایجاد سطحی‌ تقریباً صاف‌ و محکمی‌ است‌ که‌ بتوان‌ روی‌ آن‌ ماسه‌سیمان‌ نمود. در نتیجه‌ می‌توان‌ آنرا با حداقل‌ پهنای‌ ممکن‌ ساخت‌. زیرا این‌ دیوار هیچگونه‌ باری‌تحمل‌ نمی‌کند.

          چنانچه‌ طول‌ و عرض‌ این‌ دیوار کوتاه‌ باشد می‌توان‌ آنرا به‌ پهنای‌ 15 سانتی‌ متر بنا نمود ولی‌اگر طول‌ و عرض‌ آن‌ زیاد باشد باید هر یک‌ الی‌ دو متر پشت‌ آنرا با ستونی‌ از آجر کم‌ محکم‌ نمود تااز خراب‌ شدن‌ دیوار جلوگیری‌ گردد.

لایه‌ ماسه‌ سیمان‌ جهت‌ زیر قیرگونی‌:

        همیشه‌ برای‌ زیر قیرگونی‌ باید سطح‌ صافی‌ ایجاد نمود. بر طبق‌ این‌ اصل‌ در مرحله‌ای‌ لایه‌ای‌به‌ ضخامت‌ 2 الی‌ 3 سانتی‌ متر از ملات‌ سیمان‌ روی‌ دیوار محافظ‌ می‌کشند. باید توجه‌ نمود که‌ درهر نقطه‌ ساختمان‌ به‌ هر صورتی‌ سیمان‌ مصرف‌ شود چه‌ به‌ صورت‌ بتن‌ و چه‌ بصورت‌ پوسته‌ای‌از ماسه‌ سیمان‌ و یا انواع‌ دیگر باید چند ساعت‌ پس‌ از مصرف‌ روی‌ آنرا آبپاشی‌ کرد و تا چند روزدقت‌ نمود که‌ همیشه‌ محل‌ موردنظر مرطوب‌ باشد تا فعل‌ و انفعالات‌ شیمیایی‌ سیمان‌ تکمیل‌شده‌ و ملات‌ سخت‌ گردد و از سوختن‌ و پودر شدن‌ آن‌ جلوگیری‌ شود.

قیر و گونی‌:

        اگر خاکهای‌ مجاور دیوارهای‌ زیرزمین‌ مرطوب‌ باشد روی‌ ماسه‌ سیمان‌ را سه‌ قشر قیر و دوقشر گونی‌ می‌کشند. در این‌ محل‌ بیشتر از قیر 70 * 60 استفاده‌ می‌نمایند. در موقع‌ قیروگونی‌کردن‌ باید دقت‌ شود که‌ به‌ هیچ‌ وجه‌ منفذ یا سوراخی‌ خالی‌ نمانده‌ و در همه‌ لایه‌ها قیر کلیه‌ سطح‌را بپوشاند. بهتر است‌ در همین‌ مرحله‌ قیروگونی‌ تا روی‌ کرسی‌ چینی‌ دیوار زیر زمین‌ بطور یکسره‌ادامه‌ پیدا کند.

          در کلیه‌ مراحل‌ باید بوسیله‌ قیر کلیه‌ سطح‌ دیوار پوشانیده‌ شده‌ باشد اگر خاک‌ اطراف‌ زیادمرطوب‌ نباشد یک‌ لایه‌ قیر و گونی‌ کافی‌ است‌.

دیوار اصلی‌ زیرزمین‌:

        ملات‌ این‌ دیوار بعلت‌ مجاورت‌ با قیروگونی‌ حتماً باید ماسه‌ سیمان‌ باشد. اگر مجبور باشیم‌برای‌ ساختن‌ دیوارهای‌ اصلی‌ زیرزمین‌ از ملات‌ دیگری‌ بجز ماسه‌ سیمان‌ استفاده‌ نماییم‌ بایدروی‌ قیرگونی‌ عمودی‌ و افقی‌ را حتماً با یک‌ قشر ماسه‌ سیمان‌ بپوشانیم‌. نظر باینکه‌ به علت‌ غیرقابل‌ نفوذ نمودن‌ سطح‌ قیر گونی‌ شده‌ ملات‌ به‌ قیر و گونی‌ عمودی‌ نمی‌چسبد لذا باید ابتدا روی ‌آنرا تور سیمی‌ کشیده‌ و بعد روی‌ توری‌ را ماسه‌ سیمان‌ بکشیم‌. چنانچه‌ برای‌ اتصال‌ توری‌ به‌ دیوار اصلی‌ از میخ‌ استفاده‌ نماییم‌ بدیهی‌ است‌ که‌ میخ‌ قیر و گونی‌ را سوراخ‌ کرده‌ و ایجاد نقطه‌ ضعفی‌ در آن‌ می‌نماید بدیهی‌ است‌ باید دوباره‌ روی‌ میخها را با قیر و گونی‌ بپوشانیم‌.

          گاهی‌ به‌ علت‌ ریزشی‌ بودن‌ خاک‌های‌ محل‌ گود برداری‌ مجبور هستیم‌ ابتدا دیوار اصلی‌ رابچینیم‌ آنگاه‌ روی‌ آنرا ماسه‌ سیمان‌ نموده‌ و قیر گونی‌ نماییم‌ و بعد دیوار محافظ‌ 10 سانتی‌ متری‌ را جلوی‌ آن‌ بچینیم‌ در این‌ صورت‌ برای‌ جلوگیری‌ از ریختن‌ دیواره‌ 10 سانتی‌ متری‌ بهتر است‌ آنرا به‌ طریقی‌ به‌ دیوار اصلی‌ متصل‌ نماییم‌ برای‌ این‌ کار می‌توانیم‌ از قبل‌ قطعات‌ میل‌ گردی‌ در دیواراصلی‌ قرار دهیم‌ بطوریکه‌ سر دیگر آن‌ در دیواره‌ 10 سانتی‌ محافظ‌ قرار گیرد تعداد این‌ میله‌ گردهاباید به‌ اندازه‌ کافی‌ باشد.

گچ‌ کاری‌ یا سیمان‌ کاری‌:

        گفته‌ شد که‌ معمولا دیوارهای‌ زیرزمین‌ را گچ‌ کاری‌ نمی‌کنند و معمولا این‌ دیوارها را با پلاستر سیمانی‌ می‌پوشانند و برای‌ آنکه‌ از نظر زیبایی‌ مناسب‌ باشد معمولا روی‌ پلاستر سیمانی‌ را باپیستوله‌ رنگ‌آمیزی‌ می‌کنند.

لایه‌های‌ مختلف‌ دیوار اطاقها:

1 ـ دیوار سازی‌

2 ـ شمشه‌گیری‌

3 ـ کچ‌ و خاک‌

4 ـ سفید کاری‌

5 ـ کشته‌ کشی‌

6 ـ سنگ‌ قرنیز

          در ساختمانها دیوار به‌ دو منظور ساخته‌ می‌شود:

الف‌: برای‌ جداسازی‌ قسمتهای‌ مختلف‌ ساختمان‌

          به‌ این‌ نوع‌ دیوارها پارتیشن‌ یا جدا کننده‌ و یا تیغه‌ می‌گویند. تیغه‌ دیواری‌ است‌ به‌ پهنای‌ 5 یا10 یا 20 سانتی‌ متر تیغه‌های‌ بلند و طویل‌ را نمی‌توان‌ به‌ پهنای‌ 5 یا 10 سانتی‌ متر ساخت‌ زیراتیغه‌های‌ 5 یا 10 سانتی‌ متری‌ با ابعاد زیاد ایستا نخواهد بود. چنانچه‌ بخواهیم‌ تیغه‌های‌ 5 سانتی‌متری‌ را با طول‌ و ارتفاع‌ زیاد بسازیم‌ باید بین‌ دیوار به‌ فاصله‌های‌ 5/1 تا 2 متر نبشی‌ کشی‌ نماییم‌.در غیر اینصورت‌ این‌ دیوارها با کوچکترین‌ تکانهای‌ جانبی‌ فرو خواهد ریخت‌ و در مقابل‌ زلزله‌کوچکترین‌ از خود نشان‌ نمی‌دهد.

          حال‌ سه‌ نقطه‌ داریم‌ که‌ طبق‌ اصول‌ هندسی‌ بر آن‌ می‌توان‌ سطحی‌ عبور داد و حال‌ بوسیله‌ریسمان‌ که‌ بین‌ دو نقطه‌ می‌کشند به‌ فاصله‌ یک‌ متر به‌ یک‌ متر زیر ریسمان‌ نقاطی‌ با گچ‌ و خاک‌ وماله‌ ایجاد کرده‌ بطوریکه‌ کلیه‌ آن‌ نقاط‌ هم‌ با در سیمان‌ باشد بعد بوسیله‌ شاقول‌ این‌ نقاط‌ را به‌پایین‌ دیوار منتقل‌ می‌کنند آنگاه‌ شمشه‌ صافی‌ را انتخاب‌ کرده‌ و به‌ دو نقطه‌ هم‌ سطح‌ و در امتدادیک‌ شاقول‌ متکی‌ می‌نمایند و با گچ‌ و خاک‌ پشت‌ آنرا پر نموده‌ و بدینوسیله‌ روی‌ دیوار خطی‌ به‌پهنای‌ چند سانتی‌ متر و به‌ طول‌ دیوار ایجاد می‌نمایند و این‌ عمل‌ را هر یک‌ متر به‌ یک‌ متر و یاقدری‌ کمتر تکرار می‌کنند. به‌ این‌ کار شمشه‌گیری‌ می‌گویند و آنگاه‌ بین‌ این‌ خطوط‌ را با گچ‌ و خاک‌پر کرده‌ و بدینوسیله‌ گچ‌ و خاک‌ کردن‌ اطاق‌ را تکمیل‌ می‌نمایند.

گچ‌ و خاک‌:

        خاک‌ رس‌ را الک‌ کرده‌ و با گچ‌ مخلوط‌ می‌نمایند. نسبت‌ این‌ مخلوط‌ در اصطلاح‌ بنائی‌ به‌قدرت‌ گچ‌ و یا زودگیری‌ آن‌ بستگی‌ دارد. هر قدر گچ‌ زودگیرتر باشد به‌ خاک‌ بیشتری‌ نیاز دارد ومعمولاً نسبت‌ این‌ مخلوط‌ پنجاه‌ درصد می‌باشد.

          پس‌ از مخلوط‌ نمودن‌ گچ‌ و خاک‌، در ظرفهای‌ کوچکی‌ که‌ به‌ آن‌ استانبولی‌ می‌گویند قدری‌ آب‌ریخته‌ و آنگاه‌ این‌ مخلوط‌ را روی‌ آب‌ می‌پاشند تا بدینوسیله‌ کلیه‌ دانه‌های‌ گچ‌ در تماس‌ با آب‌باشد. آنگاه‌ آنرا مخلوط‌ کرده‌ تا بصورت‌ خمیری‌ یکنواخت‌ درآید و بعد فاصله‌ بین‌ شمشه‌گیری‌ رابوسیله‌ آن‌ پر می‌نمایند. علت‌ مصرف‌ خاک‌ در گچ‌ و خاک‌ این‌ است‌ که‌ هم‌ ملات‌ ارزانتر تمام‌می‌شود و هم‌ ملات‌ دیرگیرتری‌ بدست‌ می‌آید و پلاستیک‌ تراز ملات‌ گچ‌ می‌باشد.

          البته‌ باید توجه‌ داشت‌ که‌ بعد از گچ‌ و خاک‌ و قبل‌ از سفیدکاری‌ حتماً باید لوله‌کشی‌ برق‌ انجام‌شود ترجیح‌ داده‌ می‌شود که‌ لوله‌ کشی‌ برق‌ بعد از شمشه‌گیری‌ و قبل‌ از گچ‌ و خاک‌ انجام‌ شود.زیرا در این‌ صورت‌ به‌ مقدار قابل‌ توجه‌ از کنده‌ کاری‌ برای‌ عبور لوله‌ برق‌ و در نتیجه‌ هزینه‌ آن‌کاسته‌ خواهد شد.

سفیدکاری‌:

        بعد از اتمام‌ گچ‌ و خاک‌ و خشک‌ شدن‌ آن‌ اقدام‌ به‌ سفید کاری‌ می‌نمایند به‌ علت‌ زودگیر بودن‌ملات‌ گچ‌ آنرا مانند گچ‌ و خاک‌ بمقدار کم‌ در استانبولی‌ درست‌ می‌کنند. در موقع‌ ساختن‌ ملات‌ گچ‌باید پودر گچ‌ را توی‌ آبی‌ که‌ در استانبولی‌ می‌ریزند بپاشند تا تمام‌ ذرات‌ گچ‌ در مجاورت‌ آب‌ قرارگرفته‌ و تر شود. آنگاه‌ آنرا با ماله‌ روی‌ گچ‌ و خاک‌ می‌مالند بطوریکه‌ سطح‌ کامل‌ صاف‌ و یکنواختی‌ایجاد شود.

کشته‌ کشی‌:

        بعلت‌ زود گیر بودن‌ گچ‌ نمی‌توان‌ سطح‌ آنرا کاملاً پرداختی‌ و صاف‌ نمود. بدین‌ علت‌ بعد ازسفیدکاری‌ و قبل‌ از آنکه‌ ملات‌ گچ‌ خشک‌ شود روی‌ آنرا یک‌ ورقه‌ کشته‌ به‌ ضخامت‌ چند دهم‌میلیمتر می‌کشند و با ماله‌ خوب‌ پرداخت‌ می‌کنند تا سطحی‌ کاملاً صاف‌ و آماده‌ نقاشی‌ بدست‌آید.

          کشته‌ ملات‌ گچی‌ است‌ که‌ دیگر سخت‌ نمی‌شود و آنرا بدین‌ طریق‌ تهیه‌ می‌نمایند که‌ ابتداپودر گچ‌ را از الک‌ بسیار ریزی‌ گذارنیده‌ و آنگاه‌ آنرا مانند تهیه‌ ملات‌ گچ‌ معمولی‌ توی‌ آب‌ می‌پاندو بوسیله‌ هم‌ زدن‌ ملات‌ با دست‌ مانع‌ از سخت‌ شدن‌ آن‌ می‌شوند و عمل‌ هم‌ زدن‌ تا 10 الی‌ 15دقیقه‌ ادامه‌ داده‌ تا گچ‌ حداکثر اضافه‌ حجم‌ خود را بدست‌ آورد. این‌ ملات‌ کاملاً یکنواخت‌ بوده‌ وهرگز سخت‌ نمی‌گردد بلکه‌ در اثر تبخیر سطحی‌ خشک‌ می‌شود. گچ‌ ساختمانی‌ به‌ رنگ‌ سفیدبوده‌ و روی‌ آنرا نقاشی‌ می‌کنند. بوسیله‌ گچ‌ می‌توان‌ روی‌ دیوار و سقف‌ ساختمان‌ گل‌ و بوته‌ ونقش‌های‌ زیبایی‌ دیگری‌ ایجاد نمود که‌ به‌ این‌ هنر بطور کلی‌ گچ‌ بری‌ می‌گویند ولی‌ در امر آپارتمان‌سازی‌ معمولاً از این‌ کار اجتناب‌ می‌ورزند به‌ دلیل‌ کاهش‌ هزینه‌ها.

سنگ‌ قرنیز:

        با توجه‌ به‌ اینکه‌ گچ‌ در مقابل‌ رطوبت‌ مقاوم‌ نبوده‌ و بسرعت‌ فاسد می‌شود. برای‌ جلوگیری‌ ازرسیدن‌ رطوبت‌ به‌ دیوار گچ‌ کاری‌ شده‌ در موقع‌ شستن‌ کف‌، دور اتاقها را به‌ ارتفاع‌ 10 سانتی‌ متریک‌ رگ‌ سنگ‌ پلاک‌ کار می‌گذارند که‌ به‌ آن‌ اصطلاحاً قرنیز می‌گویند.

          برای‌ قرنیز می‌توان‌ از سنگهای‌ مختلفی‌ مانند سنگ‌ تراورتن‌، باغ‌ ابریشم‌ و یا سنگ‌ مرمر و غیره‌استفاده‌ نمود. اگر در موقع‌ کار گذاشتن‌ این‌ سنگ‌ دقت‌ شود که‌ هم‌ سطح‌ گچ‌ دیوار نصب‌ گردد بهتراست‌ زیرا اگر جلوتر از گچ‌ کاری‌ نصب‌ شود بعلت‌ پیش‌ آمدگی‌ آن‌ همیشه‌ جای‌ گردو خاک‌ خواهدبود. و اگر عقب‌ تراز گچ‌ کاری‌ نصب‌ شود و در نتیجه‌ گچ‌ لبه‌ تیزی‌ پیدا خواهد کرد که‌ در اثر مرورزمان‌ لب‌ پریده‌ شده‌ و منظره‌ زشتی‌ پیدا خواهد نمود.

          بهتر است‌ از نظر زیبایی‌ در محل‌ برخورد سنگ‌ قرنیز و گچ‌ فرورفتگی‌ کوچکی‌ که‌ به‌ آن‌ جفت‌می‌گویند در گچ‌ ایجاد نمود. برای‌ آنکه‌ سنگ‌ قرنیز هم‌ باد گچ‌ و خاک‌ نصب‌ شود باید اولاً دقت‌نمود که‌ گچ‌ و خاک‌ دیوارها به‌ 10 ـ 15 سانتی‌ متری‌ کف‌ ختم‌ شود در ثانی‌ در صورت‌ لزوم‌ بایدچند سانتی‌ متر از دیوار را در محل‌ برخورد با کف‌ تراشیده‌ تا جا برای‌ کلفتی‌ قرنیز و ملات‌ پشت‌آن‌ ایجاد گردد. کلفتی‌ سنگ‌ قرنیز معمولاً یک‌ سانتی‌ متر است‌. سنگ‌ قرنیز را با سیمان‌ کارمی‌گذارند.

کف‌ سازی‌:

        کف‌ سازی‌ در آن‌ قسمت‌ از ساختمان‌ اجرا می‌شود که‌ سطح‌ مفید اطاقها ـ سالنها ـ سرویسها ـانبار و غیره‌ را تشکیل‌ می‌دهد با توجه‌ به‌ محل‌ استفاده‌، کف‌ سازی‌ انواع‌ مختلف‌ دارد مخصوصاًبرای‌ آخرین‌ قشر کف‌ سازی‌ واحدهای‌ مسکونی‌ انواع‌ مصالح‌ لوکس‌ و تزئینی‌ موجود می‌باشد ازقبیل‌ انواع‌ موزائیک‌ و انواع‌ سنگ‌ و یا کاشیهایی‌ لعابی‌ و یا انواع‌ پارکت‌ و کفپوشهای‌ دیگر لایه‌های‌کف‌ سازی‌ در طبقه‌ همکف‌ و طبقات‌ بالا به‌ شرح‌ زیر است‌:

الف‌: لایه‌های‌ مختلف‌ کف‌ سازی‌ از پایین‌ به‌ بالا در طبقه‌ همکف‌:

1 ـ زمین‌ کوبیده‌

2 ـ بلوکاژ

3 ـ بتن‌ مگر

4 ـ ملات‌

5 ـ موزائیک‌ یا سنگ‌ یا سرامیک‌

6 ـ کف‌ پوش‌ در صورت‌ لزوم‌

ب‌: لایه‌های‌ مختلف‌ کف‌ سازی‌ از پایین‌ به‌ بالا در طبقات‌ بالا:

1 ـ طاق‌ ضربی‌ یا انواع‌ طاقهای‌ دیگر

2 ـ بتن‌ سبک‌ در صورت‌ لزوم‌

3 ـ عایق‌ صوتی‌ در صورت‌ لزوم‌

4 ـ ملات‌

5 ـ موزائیک‌ یا سنگ‌ یا سرامیک‌

6 ـ کف‌ پوش‌ در صورت‌ لزوم‌

1 ـ زمین‌ کوبیده‌

          اولین‌ لایه‌ کف‌ سازی‌ زمین‌ کوبیده‌ می‌باشد. چنانچه‌ ساختمان‌ احداث‌ شده‌ در زمینهای‌ خاک‌دستی‌ و یا زمینهای‌ سست‌ باشد برای‌ جلوگیری‌ از نشست‌های‌ احتمالی‌ زمین‌ کف‌ اطاقها و یاسالنها را می‌کوبند. این‌ کوبیدن‌ برای‌ کف‌ انبارها که‌ ممکن‌ است‌ علاوه‌ بر نیروهای‌ معمولی‌ تحت‌تاثیر نیروهای‌ ضربه‌ هم‌ واقع‌ شود دارای‌ اهمیت‌ بیشتری‌ می‌باشد برای‌ این‌ کار پس‌ از اتمام‌عملیات‌ سفت‌ کاری‌ کف‌ اتاقها را آب‌ پاشی‌ نموده‌ و بوسیله‌ ضربه‌های‌ دستی‌ و یا مکانیکی‌ تراکم‌خاک‌ محل‌ را بحداکثر می‌رسانند.

2 ـ بلوکاژ:

          برای‌ جلوگیری‌ از نفوذ رطوبت‌ به‌ کف‌ اتاقها و سالنها روی‌ زمین‌ کوبیده‌ شده‌ به‌ ضخامت‌حداقل‌ 15 سانتی‌ متر سنگهای‌ درشت‌ با قطر تقریبی‌ 5 سانتی‌ متر می‌ریزند. این‌ لایه‌ با توجه‌ به‌فضای‌ خالی‌ بین‌ سنگها مانع‌ صعود نم‌ به‌ طبقات‌ بالاتر می‌گردد. درشتی‌ دانه‌ها بلوکاژ هر چه‌بالاتر می‌آید کوچکتر می‌شود.

3 ـ بتن‌ مگر:

          برای‌ بدست‌ آوردن‌ سطح‌ صاف‌ و محکمی‌ روی‌ بلوکاژ در حدود 10 سانتی‌ متر بتن‌ مگرمی‌ریزند.

          بهتر است‌ بتن‌ ریزی‌ در بلوک‌های‌ 1 × 1 یا 5/1 × 5/1 متر ریخته‌ شود و هر بلوک‌ با بلوک‌بعدی‌ حداقل‌ یک‌ سانتی‌ متر فاصله‌ داشته‌ باشد.

          در اثر این‌ فاصله‌ها امکان‌ انقباض‌ و انبساط‌ بتن‌ فراهم‌ شده‌ همچنین‌ با وجود این‌ فاصله‌هاترکهای‌ ایجاد شده‌ در اثر نشستهای‌ جزئی‌ کف‌ دیده‌ نمی‌شود.

          این‌ فاصله‌ها باید با آسفالت‌ یا مصالح‌ دیگری‌ از این‌ قبیل‌ که‌ خاصیت‌ تحمل‌ فشار را داشته‌باشد پر شود. چنانچه‌ کف‌ ساختمان‌ علاوه‌ بر نیروهای‌ عمودی‌ تحت‌ تاثیر نیروهای‌ کششی‌شدید باشد باید حتماً از بتن‌ مسلح‌ استفاده‌ شود. فاصله‌ و قطر میلگردها با محاسبه‌ مشخص‌می‌شود.

          در موقع‌ میلگرد گذاری‌ باید میلگردهای‌ هر بلوک‌ مستقل‌ بوده‌ و به‌ میله‌‌گرد‌های بلوک‌ مجاور متصل‌ نباشد.

4 ـ ملات‌:

          روی‌ بتن‌ مگر یک‌ لایه‌ ملات‌ سیمان‌ یا ماسه‌ سیمان‌ آهک‌ کشیده‌ می‌شود این‌ لایه‌ جهت‌ فرش‌موزائیک‌ یا سنگ‌ می‌باشد.

          البته‌ در این‌ پروژه‌ که‌ ما در آنجا بعنوان‌ کارآموز فعالیت‌ می‌کردیم‌ بخاطر اینکه‌ لوله‌های‌ شوفاژ وهمچنین‌ لوله‌های‌ گاز جهت‌ آشپزخانه‌ از کف‌ عبور می‌کردند در ملات‌ از آهک‌ استفاده‌ نمی‌کردیم‌زیرا آهک‌ لوله‌ها را می‌پوشاند.

          ملات‌ ماسه‌ سیمان‌ باید با ماسه‌ شکسته‌ و یا ماسه‌ رودخانه‌ای‌ کاملاً شسته‌ تهیه‌ شود.

          مقدار سیمان‌ مصرفی‌ در این‌ نوع‌ ملات‌ بین‌ 300 الی‌ 600 کیلوگرم‌ در مترمکعب‌ می‌باشد.مقدار سیمان‌ مصرفی‌ در ملات‌ بعلت‌ اینکه‌ باید مانند فیلم‌ نازکی‌ دور تمام‌ دانه‌ها را فراگیرد وباعث‌ چسبیدن‌ آنها به‌ هم‌ شود بیشتر از مقدار سیمان‌ مصرفی‌ در بتن‌ می‌باشد.

5 - موزائیک‌:

          در ایران‌ موزائیک‌ به‌ قطعه‌ سیمانی‌ گفته‌ می‌شود که‌ به‌ ابعاد 10 × 10 و 20 × 20 و 25 × 25 و 30 × 30 و 50 × 50 یافت‌ می‌شود و کف‌ اطاقها را با آن‌ فرش‌ می‌کنند این‌ قطعه‌ را معمولاً در دولایه‌ آستر و رویه‌ می‌ریزند و بعد آنرا با دستگاههای‌ مخصوص‌ پرس‌ می‌کنند و بعد چند روزی‌ آنرادر هوای‌ آزاد گذاشته‌ و آب‌ پاشی‌ می‌نمایند تا در مجاورت‌ رطوبت‌ سیمان‌ سخت‌ گشته‌ و قابل‌استفاده‌ شود. آستر موزائیک‌ را کم‌ سیمان‌تر و رویه‌ آنرا پر سیمان‌تر می‌گیرند.

          چنانچه‌ فرش‌ موزائیک‌ آخرین‌ لایه‌ کف‌ سازی‌ باشد موزائیک‌ را از نوع‌ مرغوب‌تر انتخاب ‌می‌نمایند. ولی‌ در پروژه‌ای‌ که‌ ما بودیم‌ بدلیل‌ اینکه‌ بعدا باید آنرا موکت‌ می‌کردند موزائیک‌ ساده ‌و ارزان‌ استفاده‌ می‌کردیم‌ بدلیل‌ کاهش‌ هزینه‌ها بدلیل‌ اینکه‌ از موزائیک‌ ارزان‌ قیمت‌ استفاده ‌می‌کردی‌ و روی‌ آنرا می‌خواستیم‌ موکت‌ کنیم‌ روی‌ موزائیک‌ را قبل‌ از فرش‌ کردن‌ حداقل‌ یک‌ بار باید سائید تا پستی‌ و بلندی‌های‌ آن‌ یکنواخت‌ گردد.

ب‌: کف‌ سازی‌ در طبقات‌

          اولین‌ لایه‌ کف‌ سازی‌ در طبقات‌ طاق‌ ضربی‌ یا تیرچه‌ بلوک‌ می‌باشد که‌ البته‌ در ساختمانهای‌بزرگ‌ امروزه‌ استفاده‌ طاق‌ ضربی‌ کمتر شده‌ و بدلیل‌ سرعت‌ کار معمولاً از تیرچه‌ بلوک‌ استفاده‌می‌کنند تیرچه‌هایی‌ که‌ ما در کارگاه‌ استفاده‌ می‌کردیم‌ 25 سانتی‌ متر ارتفاع‌ داشتند و بلوکهای‌مورد استفاده‌ نیز از نوع‌ بلوکهای‌ سفالی‌ بود که‌ دقتی‌ تیرچه‌ و بلوکی‌ در هم‌ست‌ می‌شوند ارتفاع‌ آن‌به‌ 30 سانتی‌ متر می‌رسید. بعد از تیرچه‌ بلوک‌ باید روی‌ آنرا بتن‌ سیک‌ ریخت‌.

بتن‌ سبک‌:

        وزن‌ مخصوص‌ دانه‌های‌ سنگی‌ بین‌ 1800 تا 2200 کیلوگرم‌ بر متر مکعب‌ است‌ چنانچه‌منظور از بتن‌ ریزی‌ فقط‌ پر کردن‌ فضای‌ خالی‌ باشد بهتر است‌ از دانه‌های‌ که‌ وزن‌ مخصوص‌کمتری‌ دارند استفاده‌ نماییم‌ این‌ دانه‌ها که‌ بنام‌ پوکه‌ معدنی‌ یا پوکه‌ صنعتی‌ هستند دارای‌ وزن‌مخصوص‌ بین‌ 500 الی‌ 800 کیلو گرم‌ بر متر مکعب‌ می‌باشد. به‌ بتنی‌ که‌ با این‌ دانه‌ها ساخته‌بشود بتن‌ سبک‌ می‌گویند. بعد از اجرای‌ تیرچه‌ بلوک‌ در طبقات‌ از بتن‌ سبک‌ استفاده‌ می‌نمایند.

عایق‌ صوتی‌:

        در ساختمانهای‌ بلند که‌ واحدهای‌ مسکونی‌ روی‌ هم‌ قرار می‌گیرند برای‌ اینکه‌ ساکنین‌ طبقات‌از لحاظ‌ صدا مزاحم‌ یکدیگر نشوند باید در کف‌ از عایقهای‌ صوتی‌ استفاده‌ گردد نظر به‌ اینکه‌هنوز عمر آپارتمانسازی‌ در ایران‌ چندان‌ زیاد نیست‌ به‌ اجرای‌ این‌ لایه‌ از سقف‌ چندان‌ توجه‌نمی‌شود البته‌ در کشورهای‌ مدرن‌ اجرای‌ این‌ لایه‌ در طبقات‌ اجباری‌ است‌.

سرویسها:

حمام‌ ـ توالت‌ ـ روشوئی‌ ـ آشپزخانه‌

          قسمتهای‌ فوق‌ که‌ از مهمترین‌ مکانهای‌ ساختمان‌ است‌ از لحاظ‌ اجرای‌ ساختمانی‌ مخصوصاًدر مورد قیر و گونی‌ دارای‌ یک‌ نوع‌ دیتیل‌ می‌باشد فقط‌ ممکن‌ است‌ از لحاظ‌ معماری‌ (ابعادمحلها) و یا تاسیسات‌ و نوع‌ لوله‌کشی‌ با هم‌ متفاوت‌ باشند. کف‌ و دیوارهای‌ سرویسها دارای‌ یک‌دیتیل‌ جداگانه‌ می‌باشد لایه‌های‌ کف‌ سرویسها از پایین‌ به‌ بالا بعد از تیرچه‌ بلوک‌ عبارتند از:

1 ـ بتن‌ سبک‌ برای‌ شیب‌ بندی‌

2 ـ یک‌ لایه‌ ماسه‌ سیمان‌

3 ـ قیروگونی‌

4 ـ فرش‌

          چنانچه‌ در کف‌ سرویسها کف‌ شور کار گذاشته‌ شود حتماً باید تمام‌ قسمتهای‌ کف‌ شیب‌ملایمی‌ به‌ طرف‌ کف‌ شور داشته‌ باشد نصب‌ کف‌ شور در حمامها لازم‌ است‌ ولی‌ در آشپزخانه‌هاچندان‌ احتیاج‌ به‌ کف‌ شور نمی‌باشد.

          همچنین‌ در کف‌ دستشوئی‌ قطرات‌ آبی‌ که‌ در کف‌ ریخته‌ می‌شود می‌توان‌ با تی زمین‌ شورخشک‌ نمود. چنانچه‌ قبلاً نیز ذکر شد همیشه‌ یک‌ قشر ماسه‌ سیمان‌ برای‌ زیر قیرگونی‌ انجام‌می‌شود این‌ لایه‌ و لایه‌ قیر و گونی‌ افقی‌ و عمودی‌ برای‌ تمام‌ سرویسها لازم‌ است‌.

قیر و گونی‌:

        قیروگونی‌ سرویسها بهتر است‌ در دو مرحله‌ انجام‌ شود. مرحله‌ اول‌ دیوارها مرحله‌ دوم‌ کف‌.

          نظر به‌ اینکه‌ معمولاً کاشی‌ کاری‌ سرویسها را قبل‌ از فرش‌ کف‌ انجام‌ می‌دهند چنانچه‌قیروگونی‌ کف‌ نیز همزمان‌ قیروگونی‌ دیوارها انجام‌ شود در موقع‌ کاشی‌ کاری‌ و عبور و مرورکارگران‌ از روی‌ کف‌ ناچاراً قیروگونی‌ آسیب‌ دیده‌ و سوراخ‌ می‌شود در نتیجه‌ در موقع‌ فرش‌ کف‌دوباره‌ باید این‌ قیر و گونی‌ با دو لایه‌ قیر و یک‌ لایه‌ گونی‌ تجدید شود.

          برای‌ جلوگیری‌ از این‌ دوباره‌کاری‌ بهتر است‌ ابتدا دیوارها را قیروگونی‌ نموده‌ و حداکثر این‌قیروگونی‌ را تا 10 سانتی‌ متری‌ کف‌ ادامه‌ دهیم‌ و بعد از اجرای‌ کاشی‌ کاری‌ و بلافاصله‌ قبل‌ ازفرش‌ کف‌ نسبت‌ به‌ قیروگونی‌ کف‌ اقدام‌ نمود و فوراً فرش‌ کف‌ را شروع‌ نمائیم‌ بهتر است‌قیروگونی‌ کف‌ سرویسها در دو لایه‌ گونی‌ و سه‌ لایه‌ قیر انجام‌ شود و پس‌ از اجرا حتماً بوسیله‌ آب‌بستن‌ در محل‌ از غیر قابل‌ نفوذ بودن‌ آن‌ مطمئن‌ شویم‌.

          اگر قیروگونی‌ کف‌ بعد از کاشی‌ کاری‌ دیوارها انجام‌ شود باید حتماً قیروگونی‌ کف‌ زیر قیر وگونی‌ قبلی‌ قرار گیرد و بوسیله‌ قیر داغ‌ این‌ دو لایه‌ به‌ هم‌ بچسبد.

          در موقع‌ قیروگونی‌ کف‌ باید دقت‌ شود تا محل‌ کف‌ شور کاملاً آب‌ بندی‌ شده‌ و در صورت‌امکان‌ این‌ قیروگونی‌ داخل‌ لوله‌ کف‌ شور قرار گیرد.

فرش‌ کف‌:

        چنانچه‌ کف‌ دارای‌ شیب‌ باشد یعنی‌ اگر در کف‌ سرویس‌ کف‌ شور کار گذاشته‌ باشند محل‌سرویس‌ را باید با کف‌ پوشهائی‌ که‌ ابعاد آن‌ کوچکتر باشد فرش‌ نمائیم‌. این‌ ابعاد بستگی‌ به‌ بزرگی‌و کوچکی‌ سرویس‌ دارد زیرا قطعات‌ بزرگ‌ مثلاً 30 × 30 نمی‌توان‌ شیب‌ لازم‌ را در محلهای‌کوچک‌ اجراء نمود ولی‌ چنانچه‌ کف‌ سرویس‌ دارای‌ شیب‌ نباشد می‌توان‌ برای‌ فرش‌ آن‌ از هراندازه‌ کف‌ پوش‌ استفاده‌ نمود مانند سرامیک‌ یا موزائیک‌ سنگ‌، کاشی‌های‌ مخصوص‌ که‌ این‌کاشی‌ها باید اولاً مقاوم‌ بود. و در ثانی‌ لیز نباشد که‌ البته‌ ما برای‌ فرش‌ کف‌ سرویسها از سرامیکهای‌به‌ ابعاد 30 × 20 استفاده‌ می‌کردیم‌ که‌ این‌ سرامیکها و نوع‌ و اندازه‌ آن‌ توسط‌ صاحب‌ کاربه‌پیمانکار داده‌ شده‌ بود.

لایه‌های‌ دیوارهای‌ سرویسها از خارج‌ به‌ داخل‌:

1 ـ دیوار

2 ـ قشر ماسه‌ و سیمان‌ زیر قیروگونی‌

3 ـ قیروگونی‌

4 ـ تور سیمی‌

5 ـ کاشی‌ لعابی‌ و ملات‌ آن‌

          در مورد اجرا دیوار و قشر ماسه‌ و سیمان‌ زیر قیروگونی‌ قبلاً هم‌ اشاره‌ کردیم‌ اما راجع‌ به‌ بقیه‌موارد لازم‌ است‌ توضیحاتی‌ داده‌ شود:

قیروگونی‌:

        ارتفاع‌ قیروگونی‌ حمامها باید در حدود 30 سانتی‌ متر بالاتر از دوش‌ و برای‌ آشپزخانه‌ وتوالت‌ها و روشوئی‌ نیز 30 سانتی‌ متر بالاتر از روشوئی‌، ظرفشوئی‌ باشد. در این‌ مرحله‌ اگر یک‌لایه‌ گونی‌ و دو لایه‌ قیر اجرا شود هم‌ کافی‌ است‌. در بعضی‌ مواقع‌ ارتفاع‌ قیروگونی‌ را در سرویسهابیشتر از 10 سانتی‌ متر ادامه‌ نمی‌دهند و به‌ همین‌ دلیل‌ از اجرای‌ یک‌ لایه‌ توری‌ سیمی‌ نیزخودداری‌ می‌نمایند البته‌ این‌ روش‌ از لحاظ‌ عملی‌ مجاز نمی‌باشد.

تورسیمی‌:

        اصولاً علت‌ چسبیدن‌ قشر ماسه‌ و سیمان‌ به‌ آجر و یا آجر به‌ ملات‌ اینست‌ که‌ در آجرهاخاصیت‌ مکندگی‌ آب‌ وجود دارد در صورتیکه‌ ملات‌ یا قشر ماسه‌ سیمان‌ در مجاورت‌ آن‌ قرارگیرد مقداری‌ از آب‌ آنرا که‌ مخلوط‌ با سیمان‌ می‌باشد مگر در نتیجه‌ تارهای‌ نازکی‌ که‌ یک‌ سر آن‌داخل‌ آجر و سر‌ دیگر آن‌ به‌ ملات‌ چسبیده‌ بین‌ آجر و ملات‌ بوجود می‌آید و این‌ تارها‌ به‌شکلی‌ است‌ که‌ گویی‌ ملات‌ به‌ آجر پنجه‌ انداخته‌ است‌ البته‌ باید دقت‌ داشت‌ که‌ اگر آجر خیلی‌خشک‌ باشد کلیه‌ ژل‌ سیمانی‌ را به‌ خود جذب‌ می‌کند و مانع‌ انجام‌ فعل‌ و انفعال‌ شیمیایی‌ سیمان ‌و در نتیجه‌ سخت‌ شدن‌ آن‌ می‌گردد و اگر آجر زیاد اشباع‌ باشد تمایلی‌ به‌ جذب‌ آب‌ ملات‌ نشان‌نمی‌دهد.

          حال‌ اگر ملات‌ سیمان‌ پشت‌ کاشی‌ لعابی‌ روی‌ لایه‌ای‌ مانند قیر و گونی‌ انجام‌ شود که‌بهیچوجه‌ آب‌ ملات‌ را نمی‌مکد در نتیجه‌ آن‌ و بعد از خشک‌ شدن‌ این‌ دو لایه‌ بصورت‌ دو جسم‌جدا از هم‌ کار می‌کنند و در اثر کوچکترین‌ ضربه‌ لایه‌ رویی‌  فرو می‌ریزد. برای‌ جلوگیری‌ از این‌موضوع‌ چنانچه‌ قیروگونی‌ را تا ارتفاع‌ 30 سانتی‌ متر بالاتر از محل‌ دوش‌ ادامه‌ داده‌ باشند روی‌ آنرایک‌ لایه‌ تور سیمی‌ می‌کشند که‌ ملات‌ پشت‌ کاشی‌ لعابی‌ به‌ آن‌ بچسبد. معمولاً تورسیمی‌ را بامیخ‌ به‌ دیوار متصل‌ می‌نمایند که‌ تور سیمی‌ باید کاملاً کشیده‌ و محکم‌ به‌ دیوار نصب‌ گردد.

کاشی‌ لعابی‌ و ملات‌ آن‌:

        کاشی‌ قطعه‌ای‌ است‌ لعابی‌ به‌ ابعاد 10 × 10 یا 15 × 15 یا 20 × 20 و یا ابعاد دیگر، ضخامت‌ آن‌در حدود 6 میلیمتر الی‌ یک‌ سانتی‌ متر کاشی‌ برحسب‌ لعاب‌ روی‌ آن‌ به‌ رنگهای‌  سفید یا رنگی‌ به‌بازار می‌آید. کاشی‌ از دو لایه‌ تشکیل‌ شده‌ است‌ لایه‌ زیرین‌ کاشی‌ از جنس‌ خاک‌ رس‌ می‌باشد که‌پس‌ از تعیین‌ درصد ناخالصی‌های‌ آن‌ و اضافه‌ نمودن‌ مواد لازم‌ آنرا قالب‌گیری‌ نموده‌ و پس‌ ازخشک‌ نمودن‌ آنرا به‌ کوره‌ می‌برند در این‌ مرحله‌ پختن‌ قطعه‌ کاملاً انجام‌ نمی‌شود سپس‌ از کوره‌خارج‌ می‌کنند و لعاب‌ روی‌ آن‌ می‌پاشند و دوباره‌ به‌ کوره‌ می‌برند و لعاب‌ ذوب‌ شده‌ و کلیه‌ سطح‌کاشی‌ را می‌پوشاند و سطحی‌ صاف‌ و صیقلی‌ و غیر قابل‌ نفوذ ایجاد می‌کند.

          برای‌ نصب‌ کاشی‌ ابتدا زیر کاشی‌ را در کف‌ بوسیله‌ گچ‌ یا ماسه‌ تراز می‌کند و بعد کاشی‌ را بحال‌تراز و شاقول‌ نصب‌ نموده‌ و موقتاً با قطعه‌ای‌ گل‌ رس‌ تعادل‌ آنرا حفظ‌ می‌نمایند بعد دوغاب‌ پرسیمانی‌ با ماسه‌ نرم‌ ساخته‌ و آهسته‌ آهسته‌ آنرا با دوغاب‌ سیمان‌ پر می‌کنند ممکن‌ است‌ در اثروزن‌ دو غاب‌ کاشی‌ از جای‌ خود خارج‌ شود پس‌ از آنکه‌ پشت‌ یک‌ رج‌ کاشی‌ با دوغاب‌ سیمانی‌پر شد رج‌ بعد را روی‌ آن‌ می‌گذارند و بعد از اتمام‌ کار درزهای‌ آنرا با ملاتی‌ که‌ از لحاظ‌ رنگ‌ باکاشی‌ هماهنگ‌ باشد بندکشی‌ می‌نمایند معمولاً از لحاظ‌ زیبایی‌ ارتفاع‌ کاشی‌ کاری‌ را تا زیر سقف‌ادامه‌ می‌دهند البته‌ تنها در آشپزخانه‌ تا 50 سانتی‌ متر زیر سقف‌ کاشی‌ کاری‌ کردیم‌ و در بقیه‌سرویسها نیز تا 50 سانتی‌ متر زیر سقف‌ به‌ خاطر سقف‌ کاذب‌.

سقف‌ کاذب‌:

        سقف‌ کاذب‌ سقفی‌ است‌ که‌ در زیر سقف‌ اصلی‌ ساختمان‌ ساخته‌ می‌شود و به‌ سقف‌ اصلی‌آویزان‌ است‌. سقف‌ کاذب‌ را بعلل‌ مختلف‌ می‌سازند ولی‌ ما در پروژه‌ خود به‌ دلیل‌ عبور لوله‌های‌آب‌ سرد و گرم‌ و همچنین‌ کانالهای‌ کولر و لوله‌های‌ فاضلاب‌ اجرا کردیم‌ که‌ حدوداً چیزی‌ حدود50 تا 60 سانتی‌ متر بود ارتفاع‌ سقف‌ کاذب‌ دقیقاً در ذهنم‌ نیست‌.

قسمتهای‌ مختلف‌ سقف‌ کاذب‌ عبارتند از:

1 ـ میله‌ گردهای‌ عمودی‌

2 ـ میله‌گردهای‌ افقی‌ چپ‌ و راست‌

3 ـ نبشی‌ کنار دیوار

4 ـ چوبهای‌ چهار تراش‌ چپ‌ و راست‌

5 ـ ورقه‌ اکوستیک‌

6 ـ رابیتس‌

7 ـ گچ‌ کاری‌

          البته‌ موردهای‌ 2، 4، 5 فقط‌ در مورد سقفهای‌ کاذب‌ اکوستیک‌ اجرا می‌گردد و حالا لازم‌ است‌تا راجع‌ به‌ بقیه‌ موارد توضیحاتی‌ داده‌ شود:

میله‌گردهای‌ عمودی‌:

        همان‌ طور که‌ گفتیم‌ سقف‌ کاذب‌ به‌ سقف‌ اصلی‌ ساختمان‌ آویزان‌ است‌ برای‌ اینکارمیله‌گردهایی‌ که‌ در حین‌ کار با طول‌ معین‌ (که‌ بستگی‌ به‌ ضخامت‌ سقف‌ کاذب‌ دارد) در سقف‌نصب‌ می‌نماید. چنانچه‌ سقف‌ بتنی‌ باتیرچه‌ بلوک‌ باشد قبل‌ از بتن‌ریزی‌ این‌ میله‌گردها را دربین‌آماتورهای‌ سقف‌ قرار می‌دهند در این‌ نوع‌ سقفها فاصله‌ میله‌گردها از هم‌ در حدود 40 الی‌ 50سانتی‌ متر است‌. سقفهای‌ طاق‌ ضربی‌ نیز ربطی‌ به‌ پروژه‌ ما ندارد.

میله‌گردهای‌ افقی‌ چپ‌ و راست‌:

        بعد از میله‌گردهای‌ عمودی‌ انتهای‌ این‌ میله‌گردها را بوسیله‌ دو ردیف‌ میله‌گرد چپ‌ و راست‌به‌ هم‌ متصل‌ می‌نمایند بطوریکه‌ در زیر مستطیل‌هایی‌ به‌ ابعاد 40 × 40 یا 40 × 100 سانتی‌ مترتشکیل‌ شود بجای‌ میله‌گردهای‌ افقی‌ چپ‌ و راست‌ می‌توان‌ از نبشی‌ یا سپری‌ نیز استفاده‌ نمودباید دقت‌ کرد که‌ این‌ شبکه‌ 40 × 40 یا 40 × 100 کاملاً در یک‌ سطح‌ واقع‌ شده‌ باشد زیرا در این‌صورت‌ سقف‌ تمام‌ شده‌ در یک‌ سطح‌ نبوده‌ و بد منظره‌ می‌شود.

رابیتس‌:

        چنانچه‌ لایه‌ آخر سقف‌ کاذب‌ سفید کاری‌ با گچ‌ باشد از اجرای‌ چوبهای‌ تراش‌ خودداری‌نموده‌ و بعد از نصب‌ میله‌گردهای‌ چپ‌ و راست‌ و ورقه‌ رابیتس‌ را که‌ تقریباً شبیه‌ توری‌ است‌ به این ‌میله‌گردها با مفتول‌های‌ 3 تا 5/3 می‌بندند.

          فاصله‌ بستن‌ رابیتس‌ به‌ سقف‌ نباید زیاد باشد زیرا در اینصورت‌ رابیتس‌ وزن‌ گچ‌ همچنین‌ گچ‌ وخاک‌ روی‌ آنرا تحمل‌ نکرده‌ و سقف‌ ناصاف‌ می‌شود به این‌ ناصافی‌ اصطلاحاً کاس‌ و سینه‌می‌گویند. در این‌ طریقه‌ هم‌ باید نبشی‌ کنار دیوار کار گذاشته‌ شود و سرورقه‌های‌ رابیتس‌ بآن‌متصل‌ گردد.

گچ‌ کاری‌ روی‌ رابیتس‌:

        اجرای‌ این‌ لایه‌ مانند همان‌ است‌ که‌ در مورد گچ‌ کاری‌ توضیح‌ دادیم‌ فقط‌ در این‌ مرحله‌ برای‌قشر زیر گچ‌ کاری‌ نباید از کاه‌ گل‌ استفاده‌ کرد بلکه‌ باید حتماً از گچ‌ و خاک‌ استفاده‌ کرد زیرا گچ‌ وخاک‌ از سوراخهای‌ رابیتس‌ گذشته‌ و مانند قلابی‌ در پشت‌ آن‌ قرار گرفته‌ و سطح‌ محکم‌ ویکنواختی‌ را ایجاد می‌نمایند. برای‌ آخرین‌ قشر سقف‌ کاذب‌ از انواع‌ پوششهای‌ دیگری‌ نیزمی‌توان‌ استفاده‌ کرد که‌ ما بدلیل‌ کم‌ هزینه‌ بودن‌ از گچ‌ استفاده‌ کردیم‌.

ژوئن‌ یا درز انبساط‌:

        با توجه‌ به‌ اینکه‌ جنس‌ خاک‌ و نوع‌ رگه‌ها و نوع‌ قرار گرفتن‌ دانه‌ها در یک‌ قطعه‌ زمین‌ وسیع ‌یکسان‌ نیست‌ و همچنین‌ سطح‌ آبهای‌ زیرزمینی‌ نیز در یک‌ منطقه‌ وسیع‌ متفاوت‌ است‌ در نتیجه ‌نشست‌ ساختمان‌ بزرگ‌ در روی‌ زمین‌، یکسان‌ نیست‌ و ممکن‌ است‌ در اثر تفاوت‌ نشست‌ در ساختمان‌ها ترکها و خرابی‌هایی‌ ایجاد شود برای‌ جلوگیری‌ از این‌ موضوع‌ در ساختمانهای‌ بزرگ‌که‌ ابعاد آن‌ بیش‌ از 30 متر است‌ و یا دیوار سازی‌های‌ بزرگ‌ برای‌ اینکه‌ نشست‌های‌ متفاوت‌ زمین‌به‌ ساختمان‌ آسیب‌ نرساند در سراسر آن‌ اقدام‌ به‌ ایجاد ژوئن‌ می‌نمایند فاصله‌ ژوئن‌ها بستگی‌ به‌نوع‌ زمین‌ دارد  و آن‌ بدین‌ طریق‌ است‌ که‌ بریدگی‌ سراسری‌ در تمام‌ قسمتهای‌ دیوار و یا هر سازه‌دیگر ایجاد می‌نمایند باید توجه‌ داشت‌ که‌ این‌ بریدگی‌ در کلیه‌ قسمتهای‌ ساختمان‌ نیز اجرا شودحتی‌ در موقع‌ بتن‌ ریزی‌ شناژ ژوئن‌ باید در کلیه‌ قسمتهای‌ ساختمان‌ در یک‌ مقطع‌ باشد بواسطه‌وجود ژوئن‌ ممکن‌ است‌ در موقع‌ زمین‌ لرزه‌ خرابی‌ یک‌ قسمت‌ از ساختمان‌ به‌ قسمتهای‌ دیگرآسیبی‌ نرساند و از ایجاد خسارت‌ بیشتر جلوگیری‌ می‌کند.

بام‌:

        سقف‌ آخرین‌ طبقه‌ هر ساختمان‌ را بام‌ می‌گویند. بامها به‌ دو قسمت‌ کلی‌ تقسیم‌ می‌شوند:

1 ـ بامهای‌ شیب‌ دار

2 ـ بامهای‌ سطح‌

          ما در اینجا به‌ بامهای‌ شیب‌ دار کاری‌ نداریم‌ زیرا بام‌ ساختمانهای‌ مذکور در پروژه‌ از نوع‌بامهای‌ مسطح‌ بوده‌ است‌ و راجع‌ به‌ بامهای‌ مسطح‌ توضیح‌ می‌دهیم‌.

          در این‌ نوع‌ بامها که‌ معمولاً برای‌ جلوگیری‌ از سرایت‌ رطوبت‌ به‌ داخل‌ ساختمان‌ بوسیله‌قیروگونی‌ و یا ایزوگام‌ ایزولاسیون‌ می‌شود سه‌ محل‌ قابل‌ ذکر وجود دارد که‌ باید در این‌ محلهادقت‌ شود و باید در آنها دیتیلهایی‌ مخصوصی‌ اجرا شود.

1 ـ سطح‌ کلی‌ بام‌

2 ـ سطح‌ بام‌ در محل‌ ناودان‌

3 ـ سطح‌ بام‌ در محل‌ برخورد با جان‌ پناه‌ و سایر برآمدگیهای‌ دیگر.

لایه‌های‌ سطح‌ کلی‌ بام‌ از پایین‌ به‌ بالا عبارتند از:

1 ـ گچ‌ کاری‌ داخلی‌

2 ـ تیرچه‌ بلوک‌

3 ـ بتن‌ سبک‌ برای‌ شیب‌ بندی‌

4 ـ ماسه‌ سیمان‌ زیر قیرگونی‌ یا ایزوگام‌

5 ـ قیروگونی‌ یا ایزوگام‌

6 ـ قشر محافظ‌ روی‌ قیر و گونی‌

7 ـ فرش‌ موزائیک‌

          موردهای‌ 6 و 7 فقط‌ در موقعی‌ است‌ که‌ بجای‌ ایزوگام‌ از قیروگونی‌ استفاده‌ کنیم‌ که‌ در چندسال‌ اخیر به‌ دلیل‌ رواج‌ ایزوگام‌ و همچنین‌ آسانی‌ نصب‌ و همچنین‌ عمر مفید آن‌ و نیاز به‌ نیروی‌انسانی‌ کمتر و آلودگی‌ کمتر استفاده‌ از قیروگونی‌ جهت‌ ایزولاسیون‌ سقف‌ تقریباً خیلی‌ کم‌ شده‌است‌.

          در مورد موارد مذکور نیازی‌ به‌ توضیح‌ نیست‌ زیرا در بین‌ مطالب‌ گفته‌ شده‌ فقط‌ در مورد نحوه‌ایزولاسیون‌ با ایزوگام‌ این‌ توضیح‌ را بدهیم‌ که‌ پس‌ از آخرین‌ مرحله‌ ایزوگام‌ ساختمان‌ انجام‌می‌شود در مرحله‌ سقف‌ تمام‌ شده‌ را که‌ قبلاً آماده‌ شده‌ کروم‌ بندی‌ می‌کنیم‌ و سپس‌ بین‌ کروم‌بندی‌ها را با پوکه‌ صنعتی‌ پر می‌کنیم‌.

          ورودی‌ آن‌را با ملات‌ ماسه‌ و سیمان‌ می‌پوشانیم‌ به‌ دلیل‌ شیب‌ بندی‌ بام‌ که‌ از اهمیت‌ خاصی‌برخوردار است‌ پس‌ از این‌ مرحله‌ ایزوگام‌ بام‌ انجام‌ می‌شود که‌ باید دقت‌ شود در موقع‌ ایزوگام‌ هرلایه‌ جدید قسمتی‌ از عرض‌ لایه‌ قبلی‌ را بپوشاند و در کناره‌ها تا روی‌ دیوار جانپناه‌ بالا بیاید وحدود 10 سانتی‌ متر روی‌ دیوار بگیرد. البته‌ قبل‌ از ایزوگام‌ باید دقت‌ شود که‌ سیمان‌ زیر آن‌ کاملاًخشک‌ باشد و رطوبتی‌ نداشته‌ باشد.

          برای‌ اینکه‌ از غیرقابل‌ نفوذ بودن‌ ایزوگام‌ مطمئن‌ شویم‌ سوراخهای‌ ناودان‌ رابوسیله‌ گچ‌مسدود می‌نمائیم‌ ورودی‌ بام‌ را آب‌ می‌بندیم‌ و در صورت‌ 24 الی‌ 48 ساعت‌ اگر آب‌ نفوذ نکردایزوگام‌ انجام‌ شده‌ قابل‌ اطمینان‌ است‌. البته‌ در مورد کف‌ سرویسها اگر قیروگونی‌ کنیم‌ بهتر ازایزوگام‌ می‌باشد.

ناودان‌:

        همانطور که‌ می‌دانیم‌ کلیه‌ آب‌ باران‌ بوسیله‌ شیبهای‌ احداثی‌ به‌ محل‌ ناودان‌ راهنمایی‌ شده‌ و ازآنجا به‌ چاه‌ یا خارج‌ می‌ریزد بدین‌ لحاظ‌ اطراف‌ ناودان‌ بیشتر از کلیه‌ نواحی‌ دیگر بام‌ محل‌ عبورآب‌ بوده‌ و خطر نفوذ آب‌ از آنجا بیشتر است‌. بهمین‌ دلیل‌ برای‌ اجرای‌ آن‌ قسمت‌ از بام‌ دیتیل‌مخصوصی‌ را اجرا می‌نمایند.

          بهترین‌ محل‌ برای‌ ناودان‌ درست‌ در وسط‌ بام‌ می‌باشد (محل‌ برخورد اقطار) زیرا فاصله‌ آن‌نقطه‌ از تمام‌ نقاط‌ دیگر تقریباً یک‌ اندازه‌ بوده‌ در نتیجه‌ با توجه‌ به‌ 2 درصد شیب‌ مورد نیاز بار کلی‌سقف‌ در همه‌ جهات‌ بطور یکسان‌ پخش‌ می‌شود ولی‌ اگر ناودان‌ درست‌ در وسط‌ ساختمان‌نباشد در نتیجه‌ از یک‌ نقطه‌ از بام‌ دورتر بوده‌ و بهمان‌ نسبت‌ بار آن‌ نقطه‌ بیشتر خواهد بود.

          ولی‌ انتخاب‌ محل‌ ناودان‌ درست‌ در وسط‌ بام‌ بعلت‌ وجود اطاقها و سالنها و اینکه‌ نمی‌توان‌ ازوسط‌ اطاقها لوله‌ فاضلاب‌ گذارنیده‌ تقریباً هیچ‌ وقت‌ مقدور نیست‌.

          بنابراین‌ باید محل‌ ناودان‌ را جایی‌ انتخاب‌ نمود که‌ نزدیکترین‌ فاصله‌ ممکن‌ را به‌ تمام‌ نقاط‌ بام‌داشته‌ باشد. تا بدینوسیله‌ بار بام‌ حداقل‌ شود ضمناً عبور لوله‌ ناودان‌ در طبقات‌ مزاحمتی‌ برای‌اطاقها و سالنها و کمدها ایجاد ننماید.

          تعداد ناودان‌ بستگی‌ به‌ بزرگی‌ و کوچکی‌ بام‌ دارد هر قدر سطح‌ بام‌ وسیع‌تر باشد برای‌ تخلیه‌آب‌ باران‌ به‌ ناودان‌ بیشتری‌ نیاز داریم‌ بطور کلی‌ تعداد ناودان‌ باید به‌ اندازه‌ای‌ باشد که‌ آب‌ باران‌ راهر چه‌ سریع‌تر جمع‌آوری‌ نموده‌ و به‌ خارج‌ از بام‌ هدایت‌ کند. برای‌ هر صد متر مربع‌ یک‌ ناودان‌لازم‌ می‌باشد. لایه‌های‌ بام‌ در محل‌ برخورد با جان‌ پناه‌ و یا سایر برآمدگی‌های‌ دیگر.

          بعد از لایه‌ ماسه‌ سیمان‌ دیوارهای‌ جان‌ پناه‌ را تا یک‌ رگ‌ (در حدود 10 سانتی‌ متر) بالاتر ازسطح‌ بلندترین‌ نقطه‌ بام‌ می‌چینند و بعد کف‌ و بدنه‌ عمودی‌ آنرا هم‌ ماسه‌ سیمان‌ می‌کنند وایزوگام‌ را تا روی‌ جان‌ پناه‌ ادامه‌ می‌دهند بطوریکه‌ بعد از انجام‌ ایزوگام‌ بام‌ بصورت‌ کاسه‌ای‌ درمی‌آید که‌ لبه‌های‌ آن‌ در حدود 10 سانتی‌ متر ارتفاع‌ دارد.

          پس‌ از انجام‌ این‌ قسمت‌ و اجرای‌ کلیه‌ پوششهای‌ بام‌ چیدن‌ جان‌ پناه‌ پشت‌ بام‌ را تا ارتفاع‌ موردنیاز (در حدود 60 الی‌ 80 سانتی‌ متر) ادامه‌ می‌دهند و آنگاه‌ روی‌ آنرا یک‌ قطعه‌ درپوش‌ سنگی‌ ویا درپوش‌ سیمانی‌ یا مصالح‌ دیگر قرار می‌دهند.

          این‌ درپوشها که‌ محافظ‌ دیوار بام‌ از تاثیر عوامل‌ جوی‌ می‌باشد باید دارای‌ شیبی‌ یک‌ طرفه‌ و یادو طرفه‌ باشد که‌ اگر یک‌ طرفه‌ باشد بهتر است‌ این‌ شیب‌ بطرف‌ بام‌ باشد.

          عرض‌ این‌ در پوشها باید چند سانتی‌ متر از هر طرف‌ از عرض‌ دیوار جان‌ پناه‌ پهن‌تر باشد و زیراین‌ لبه‌ها حتماً باید آبچانی‌ گذاشته‌ شود تا آب‌ دیوار مربوطه‌ را تر و بد شکل‌ ننماید سطح‌ داخلی‌جان‌ پناه‌ مخصوصاً آن‌ قسمت‌ که‌ دارای‌ ایزوگام‌ می‌باشد باید با ماسه‌ و سیمان‌ پوشانده‌ شود تا ازمعرض‌ تابش‌ آفتاب‌ محفوظ‌ گردد.

دودکشها:

        دودکشها لوله‌هایی‌ هستند که‌ دود یا هوای‌ آلوده‌ داخل‌ دستگاههای‌ تولید حرارت‌ مانندبخاری‌ گازی‌ هوای‌ داخل‌ فضای‌ آشپزخانه‌ و یا توالت‌ را به‌ خارج‌ هدایت‌ می‌کنند.

          برای‌ ساختن‌ دودکشها از لوله‌ها مخصوصی‌ استفاده‌ می‌کنند. استفاده‌ از لوله‌های‌ سیمانی‌معمولی‌ که‌ دارای‌ جداره‌ کلفتی‌ می‌باشد پیشنهاد نمی‌گردد زیرا کار گذاشتن‌ این‌ لوله‌ در دیوار باتوجه‌ به‌ قطر خارجی‌ آن‌ در حدود 25 الی‌ 30 سانتی‌ متر است‌ در دیوار ایجاد بریدگی‌ نموده‌ و ازقدرت‌ آن‌ می‌کاهد ولی‌ چنانچه‌ از لوله‌های‌ ایرانت‌ استفاده‌ گردد دودکشها بهتر کار خواهند کرد.بهتر است‌ لوله‌ ایرانت‌ را ضمن‌ دیوار چینی‌ در محل‌ مخصوص‌ کار گذاشته‌ شود.

          بلندی‌ لوله‌های‌ دودکش‌ باید با توجه‌ به‌ بلندی‌ ساختمانهای‌ اطراف‌ ساخته‌ شود در هر حال‌دودکش‌ باید در حدود 50 سانتی‌ متر از دیوارهای‌ اطراف‌ بلندتر باشد.

          برای‌ هر دستگاه‌ حرارتی‌ باید یک‌ دودکش‌ جداگانه‌ ساخته‌ شود و بدین‌ ترتیب‌ نباید هیچوقت‌از یک‌ دودکش‌ برای‌ دو بخاری‌ استفاده‌ شود زیرا اگر فرض‌ بر این‌ باشد که‌ دود در اثر گرم‌ نمودن‌هوای‌ مجاور خود و پایین‌ آوردن‌ وزن‌ مخصوص‌ آن‌ به‌ بالا صعود می‌کند حال‌ اگر چند متر بالاترنیز هوا در اثر گرما همین‌ وزن‌ مخصوص‌ را داشته‌ باشد نتیجتاً در دودکش‌ اغتشاش‌ ایجاد شده‌ و دود به خارج‌ نمی‌رود. بهتر است‌ در قسمتهای‌ انتهایی‌ دودکش‌ وسیله‌ای‌ نصب‌ شود که‌ از ورودمستقیم‌ بادهای‌ شدید به‌ داخل‌ بخاری‌ جلوگیری‌ شود این‌ بادگیرها انواع‌ مختلف‌ دارد.

          چنانچه‌ دودکش‌ در وسط‌ وام‌ بام‌ قرار گیرد باید برای‌ ایزولاسیون‌ اطراف‌ آن‌ همان‌ دیتیلی‌ را که‌در مورد جان‌ پناه‌ توضیح‌ داده‌ شد اجرا گردد.

درو پنجره‌:

        در و پنجره‌ از قسمتهای‌ مهم‌ و اساسی‌ ساختمان‌ می‌باشد زیرا بوسیله‌ این‌ قسمت‌ از ساختمان‌است‌ که‌ ارتباط‌ ساکنین‌ یک‌ واحد مسکونی‌ با خارج‌ فراهم‌ شده‌ و نور و هوای‌ مسکونی‌ تامین‌می‌گردد.

          در موقع‌ انتخاب‌ مصالح‌ و یا فرم‌ پنجره‌ باید دقت‌ کافی‌ بعمل‌ آید تا علاوه‌ بر زیبایی‌ نور و هوای‌کافی‌ به‌ واحد مسکونی‌ برساند.

          در و پنجره‌ را عموماً با چوب‌ و یا پروفیلهای‌ فلزی‌ و یا پروفیلهای‌ آلومینیم‌ می‌سازند.

          برای‌ ساختن‌ درهای‌ ورودی‌ اطاقها از چوبهای‌ مصنوعی‌ مانند فیبرنئوپان‌ ـ تخته‌ سه‌ لای‌ بی‌روکش‌ و با روکش‌ استفاده‌ می‌نمایند. چهار چوب‌ اصلی‌ درهای‌ ورودی‌ را از پروفیلهای‌ فلزی‌می‌سازند.

          پنجره‌ها عموماً از پروفیل‌های‌ فلزی‌ و یا آلومینیم‌ ساخته‌ می‌شوند.

          پنجره‌های‌ آلومینیم‌ که‌ البته‌ در پروژه‌ ما همه‌ پنجره‌ها از نوع‌ آلومینیومی‌ بودند را اغلب‌بصورت‌ کشوئی‌ می‌سازند و پنجره‌های‌ فلزی‌ را با لنگه‌ در بازشو می‌سازند (غیرکشوئی‌).

          کلیه‌ درها و پنجره‌های‌ فلزی‌ به‌ ترتیب‌ از پروفیلهای‌ چهار چوبی‌ ـ لنگه‌ دری‌ ـ زه‌وار ساخته‌می‌شود و برای‌ جدا نمودن‌ کتیبه‌ از قسمت‌ باز شو پروفیل‌ سپری‌ مورد استفاده‌ قرار می‌گیرد. ابعادو شکل‌ و وزن‌ و سایر مشخصات‌ پروفیلهای‌ فلزی‌ در کاتولک‌های‌ منتشره‌ از طرف‌ کارخانجات‌سازنده‌ پروفیل‌ کاملاً مشخص‌ می‌باشد.

پله‌:

        پله‌ وسیله‌ ارتباط‌ سطوح‌ مختلف‌ ساختمان‌ بیکدیگر میباشد به‌ عبارت‌ دیگر طبقات‌ مختلف ‌ساختمان‌ را بیکدیگر مربوط‌ می‌نماید بطور کلی‌ پله‌ از لحاظ‌ ارتباط‌ طبقات‌ یکی‌ از مهمترین‌ قسمتهای‌ ساختمان‌ محسوب‌ می‌گردد ولی‌ به‌ علت‌ آنکه‌ از این‌ فضا به‌ نسبت‌ فضاهای‌ دیگر ساختمان‌ از لحاظ‌ زمان‌ توقف‌ کمتر استفاده‌ می‌گردد همیشه‌ سعی‌ بر این‌ است‌ که‌ حداقل‌ فضای ‌ممکن‌ برای‌ پله‌ در نظر گرفته‌ شده‌ و حتی‌ المقدور مکانهای‌ روشن‌ و آفتابگیر ساختمان‌ را برای‌ پله ‌اختصاص‌ ندهند.

          از لحاظ‌ ارتفاع‌ پله‌ باید گفت‌ که‌ هر قدر ارتفاع‌ پله‌ زیادتر باشد تعداد پله‌ مورد نیاز برای‌ عبور ازطبقه‌ای‌ به‌ طبقه‌ دیگر کمتر بوده‌ در نتیجه‌ قفسه‌ پله‌ یا فضای‌ لازم‌ برای‌ ایجاد پله‌ کمتر است‌ ولی‌ارتفاع‌ پله‌ کاملاً بستگی‌ به‌ محل‌ استفاده‌ و اشخاص‌ استفاده‌ کننده‌ از آنرا دارد معمولاً ارتفاع‌ پله‌برای‌ طبقات‌ آپارتمانها مسکونی‌ در حدود 16 الی‌ 20 سانتی‌ متر است‌ که‌ توسط‌ مهندس‌ محاسب‌تعیین‌ می‌شود.

          حداقل‌ عرض‌ پله‌ نیز توسط‌ مهندس‌ محاسب‌ تعیین‌ می‌شود که‌ حدوداً بین‌ 100 و 120سانتی‌ متر در نظر میگیرند.

          در ایران‌ حتی‌ المقدور پله‌ را در قسمت‌ شمالی‌ ساختمان‌ قرار می‌دهند زیرا مردم‌ ایران‌اطاقهائی‌ با نور جنوب‌ را ترجیح‌ داده‌ و سعی‌ می‌کنند مکانهای‌ کم‌ اهمیت‌تر از جمله‌ پله‌ را درسمت‌ شمال‌ بنا نمایند. پله‌ باید در محلی‌ باشد که‌ از هر نقطه‌ ساختمان‌ بخوبی‌ قابل‌ رویت‌ بوده‌ وشخص‌ تازه‌ وارد بتواند راه‌ خود را به‌ راحتی‌ پیدا کند. حداکثر فاصله‌ پله‌ از دورترین‌ نقطه‌ساختمان‌ نباید بیش‌ از 25 متر باشد زیرا در موقع‌ بروز حریق‌ این‌ فاصله‌ حداکثر مسافتی‌ است‌ که‌یک‌ نفر می‌تواند طی‌ نموده‌ و خود را به‌ پله‌ برساند بنابراین‌ باید سعی‌ شود پله‌ تقریباً در وسط‌ساختمان‌ ایجاد شود.

تحلیل دینامیکی با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار

تحلیل دینامیکی با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار

بخش اول:

تحلیل دینامیکی

مقدمه

توسعه و رشد سریع سرعت کامپیوترها و روشهای اجزای محدود در طی سی سال گذشته محدوده و پیچیدگی مسائل سازه ای قابل حل را افزایش داده است. روش اجزای محدود روش تحلیلی را فراهم کرده است که امکان تحلیل هندسه، شرایط مرزی و بارگذاری دلخواه را به وجود آورده است و قابل اعمال بر سازه‌های یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی می‌باشد. در کاربرد این روش برای دینامیک سازه‌ها ویژگی غالب روش اجزای محدود آن است که سیستم پیوسته واقعی را که از نظر تئوری بینهایت درجة آزادی دارد، با یک سیستم تقریبی چند درجه آزادی جایگزین نماید. هنگامی که با سازه‌های مهندسی کار می‌کنیم غیر معمول نمی‌باشد که تعداد درجات آزادی که در آنالیز باقی می‌مانند بسیار بزرگ باشد. بنابراین تأکید بسیاری در دینامیک سازه برای توسعة روشهای کارآمدی صورت می‌گیرد که بتوان پاسخ سیستم‌های بزرگ را تحت انواع گوناگون بارگذاری بدست آورد.

هر چند اساس روشهای معمول جبر ماتریس تحت تاثیر درجات آزادی قرار نمی‌گیرند، تلاش محاسباتی و قیمت، به سرعت با افزایش تعداد درجات آزادی افزایش می‌یابند. بنابراین بسیار مهم است که قیمت محاسبات در حد معقول نگهداشته شوند تا امکان تحلیل مجدد سازه بوجود آید. هزینه پایین محاسبات کامپیوتری برای یک تحلیل امکان اتخاذ یک سری تصمیمات اساسی در انتخاب و تغییر مدل و بارگذاری را برای مطالعة حساسیت نتایج، بهبود طراحی اولیه و رهنمون شدن به سمت قابلیت اعتماد برآوردها فراهم می‌آورد. بنابراین، بهینه سازی در روشهای عددی و متدهای حل که باعث کاهش زمان انجام محاسبات برای مسائل بزرگ گردند بسیار مفید خواهند بود.

شکل 1-1- ایده آل سازی سازه با جرم گسترده

استفاده از بردارهای ویژه، برای کاهش اندازة سیستمهای سازه‌ای یا ارائه رفتار سازه به وسیلة تعداد کمی از مختصات های عمومی (تعمیم یافته) – در فرمول بندی سنتی – احتیاج به حل بسیار گرانقیمت مقدار ویژه دارد.

یک روش جدید از تحلیل دینامیکی که نیاز به برآورد دقیق فرکانس ارتعاش آزاد و اشکال مدی ندارد توسط ویلسون Wilson یوان (Yuan) و دیکنز (Dickens) (1.17) ارائه شده است.

روش کاهش، بردارهای ریتز وابسته به بار WYD Ritz vectors) که D, Y, W (حروف اختصاری نویسندگان)( بر مبنای بر هم نهی مستقیم بردارهای ریتز حاصل از توزیع مکانی و  بارهای مشخص دینامیکی می‌باشد. این بردارها در کسری از زمان لازم برای محاسبة اشکال دقیق مدی، توسط یک الگوریتم بازگشتی ساده بدست می‌آیند. ارزیابی‌های اولیه و کاربرد الگوریتم در تحلیل تاریخچه زمانی زلزله نشان داده است که استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار منجر به نتایج قابل مقایسه یا حتی بهتری نسبت به حل دقیق مقدار ویژه شده است.

در اینجا هدف ما تحقیق در جنبه‌های عملی کاربرد کامپیوتری بردارهای ریتز وابسته به بار، خصوصیات همگرایی و بسط آن به حالتهای عمومی تر بارگذاری می‌باشد. به علاوه، استراتژی‌های توسعه برای تحلیل دینامیکی سیستمهای غیر خطی ارائه خواهد شد. نیز راهنمایی‌هایی برای توسعه الگوریتمهایی برای ایجاد بردارهای ریتز تهیه شده است.

1-1- اصول اولیه تحلیل دینامیکی

تمام سازه های واقعی هنگام بارگذاری یا اعمال تغییرمکان به صورت دینامیکی رفتار می کنند. نیروهای اینرسی اضافی، با استفاده از قانون دوم نیوتن، برابر نیرو در شتاب می‌باشند. اگر نیروها و یا تغییر مکانها بسیار آرام اعمال شوند نیروهای اینرسی قابل صرفنظر کردن می باشند و یک تحلیل استاتیکی قابل انجام است. بنابراین می توان گفت، تحلیل دینامیکی بسط ساده ای از تحلیل استاتیکی می‌باشد.

بعلاوه تمام سازه های حقیقی بالقوه دارای درجات آزادی نامحدودی می باشند. بنابراین بحرانی ترین قسمت در تحلیل سازه ایجاد مدلی با تعداد درجات آزادی محدود می باشد که دارای تعدادی اعضای تقریباً بدون جرم و تعدادی گره باشد، که بتواند رفتار سازه را به طور مناسبی تخمین بزند. جرم سازه را می توان درگره ها متمرکز نمود. نیز برای یک سیستم الاستیک خطی خصوصیات سختی اعضاء را می توان باصحت بسیار خوبی تخمین زد- باتوجه به داده های تجربی- هرچند تخمین بارگذاری  دینامیکی، اتلاف انرژی و شرایط مرزی می تواند بسیار مشکل باشد.

با در نظر گیری موارد گفته شده برای کاهش خطاهای موجود لازم است تحلیل های دینامیکی متعدد با استفاده از مدلهای مختلف دینامیکی، بارگذاری و شرایط مرزی به کار گرفته شود و انجام حتی 20 آنالیز کامپیوتری برای طراحی یک سازه جدید و یا برآورد یک سازه موجود ممکن است لازم شود.

 با توجه به تعداد زیادی آنالیزهای کامپیوتری که برای یک تحلیل دینامیکی نمونه لازم است  باید در کامپیوترها روشهای عددی مناسبی برای محاسبات به کار رود.

2-1- تعادل دینامیکی

تعادل نیرویی برای یک سیستم چند درجه آزادی با جرم متمرکز شده، به صورت تابع زمان را می توان این گونه نوشت:

F(t)I + F(t)D + F(t)S = F(t)                                                                                  (1-2-1)

F(t)I : بردار نیروهای اینرسی عمل کننده بروی جرم

F(t)D : بردار نیروی میرایی لزج، یا اتلاف انرژی می باشد.

F(t)S : بردار نیروهای داخلی تحمل شده توسط سازه

F(t) : بردار بارهای اعمالی

معادله (1.2.1) برمبنای قوانین فیزیکی قرار دارد و برای هر دو دسته سیستمهای خطی و غیرخطی معتبر می باشد.

برای بسیاری از سیستمهای سازه ای تخمین رفتار خطی برای سازه انجام می گردد تا معادله فیزیکی
(1.2.1) تبدیل به گروهی از معادلات دیفرانسیل مرتبه دوم خطی گردد.

                                          (2-2-1)

که M ماتریس جرم، C ماتریس میرایی، K ماتریس سختی می باشند. بردارهای وابسته به زمان, ,, مقادیر مطلق تغییر مکان، سرعت و شتاب می باشند.

برای بارگذاری زلزله F(t) نیروی خارجی برابر صفر می باشد. حرکت اساسی لرزه‌ای سه مؤلفه u(t)ig می باشند که در نقطه ای زیر پی ساختمان در نظر گرفته می شوند. بنابراین می توانیم معادله (1.2.2) را با توجه به, ,,که کمیاتی نسبی (نسبت به مؤلفه‌های زلزله) می باشند بنویسیم.

بنابراین مقادیر مطلق تغییر مکان، سرعت و شتاب را می توان از معادله‌ (1.2.2) حذف نمود.

u(t)a = u(t) + {rx} u(t)xg + {ry} u(t)yg + {rz} u(t)zg

(t)a = (t) + {rx}  (t)xg + {ry} (t)yg + {rz} (t)zg                                       (3-2-1)

ü(t)a= ü(t) + {rx} ü(t)xg + {ry} ü(t)yg + {rz} ü(t)zg

که {ri} برداری است که در درجات آزادی جهتی 1 می باشد و بقیه عناصر آن صفرند.

با قرار دادن این معادله (3-2-1) در (2-2-1) داریم:

Mü(t) + C(t) + Ku(t) = -Mx ü(t)xg - My ü(t)yg – Mz ü(t)zg                              (4-2-1)

که

Mi = M{ri}

روشهای کلاسیک گوناگونی برای حل معادله (1-4) وجود دارد که هرکدام دارای محاسن و معایب خاص خود می باشند که آنها را به صورت خلاصه بیان می کنیم.

3-1- روش حل گام به گام

عمومی ترین روش تحلیل دینامیکی روش افزایشی است که معادلات تعادل در زمانهای Dt, 2Dt, 3Dt , …  حل می شوند. که تعداد زیادی از اینگونه روشهای افزاینده برای حل وجود دارد. در حالت عمومی این روشها شامل حل گروه کاملی از معادلات تعادل در هر افزایش زمان می باشند. در صورت انجام تحلیلی غیرخطی ممکن است لازم باشد تا ماتریس سختی سازه را شکل دهی مجدد نماییم.

نیز امکان دارد در هر گام زمانی برای رسیدن به تعادل نیاز به تکرار داشته باشیم. از دیدگاه محاسباتی ممکن است حل یک سیستم با چند صد درجة آزادی زمان بسیاری طلب نماید.

بعلاوه ممکن است نیاز داشته باشیم تا میرایی عددی یا مجازی را به دستة زیادی از این راه حلهای افزایشی برای بدست آوردن راه حلی پایدار اضافه کنیم. برای تعدادی از سازه های غیرخطی که تحت تأثیر حرکت زمین قرار گرفته اند، روشهای حل عددی افزایشی لازم می باشد.

برای سیستمهای سازه ای بسیار بزرگ ترکیبی از برهم نهی مودی و روشهای افزایشی می توانند بسیار مؤثر باشند. (برای سیستمهای با تعداد کمی المانهای غیرخطی).

4-1- روش برهم نهی مودی

معمول ترین و مؤثرترین رهیافت برای آنالیز لرزه ای سازه های خطی روش برهم‌نهی‌مودی می باشد. پس از آنکه گروهی از بردارهای متعامد برآورد شدند این روش دستة بزرگ معادلات تعادل را به تعداد نسبتاً کمتری از معادلات دیفرانسیل مرتبه دوم تبدیل می کند که این باعث کاهش قابل توجهی در زمان محاسبات می‌شود.

نشان داده شده است که حرکات لرزه ای زمین تنها فرکانسهای پایین سازه را تحریک می نماید.به صورت معمول حرکات زلزله در فواصل زمانی 200 نقطه در ثانیه ثبت می گردند. بنا بر این داده های بارگذاری پایه شامل اطلاعات بالای 50 دور در ثانیه نمی باشند.با توجه به این مطلب صرف نظر از مودها و فرکانسهای بالاتر معمولاَ باعث ایجاد خطا نمی شوند.

5-1- تحلیل طیف پاسخ

روش تحلیل برهم نهی مودی اولیه ، که تنها به سازه های الاستیک خطی محدود می باشد، پاسخ کامل تاریخچة زمانی تغییر شکلهای گره ها و نیروهای اعضا را به علت حرکت زمین ویژه ای بدست می دهد. استفاده از این روش دو عیب دارد:

این روش حجم خروجی بالایی ایجاد می کند که این امر سبب زیاد شدن عملیات طراحی به خصوص هنگامی که بخواهیم نتایج را برای کنترل طراحی به کار بریم می‌گردد.

تحلیل باید برای چندین زلزله دیگر هم تکرار شود تا اطمینان حاصل گرد که تمام مدها تحریک شده اند.

مزایای محاسباتی قابل توجهی در استفاده از تحلیل طیف پاسخ برای پیش بینی تغییر مکانها و نیروهای اعضاء در سیستمهای سازه ای وجود دارد. این روش فقط شامل محاسبة حداکثر مقدار تغییر مکانها و نیروهای اعضاء با استفاده از طیفی هموار شده است که میانگین چندین زلزله است، می باشد. سپس لازم است برای بدست آوردن متحمل‌ترین مقدار اوج تغییر مکان یا نیرو از روشهای CQC ، SRSS و یا CQC3 استفاده  گردد.

6-1- حل در حوزة فرکانس

رهیافت پایة استفاده شده در حل معادلات تعادل دینامیکی در دامنه فرکانس بسط نیروهای خارجیF(t) در قالب عبارات سری های فوریه یا انتگرالهای فوریه می باشد.

حل شامل عبارات مختلط است که محدوده زمانی¥+ تا ¥- را پوشش می دهد. بنابراین روشی بسیار کارا برای گونه‌های بارهای تکرارای مانند: ارتعاشات مکانیکی، آکوستیک، امواج دریا و باد می باشد. هرچند استفاده از حل در حوزة فرکانس برای تحلیل سازه‌هایی که تحت تأثیر زلزله قرار می گیرند دارای معایب چندی نیز می باشد.

فهم ریاضیات به کار رفته برای دسته زیادی از مهندسان سازه بسیار مشکل می باشد. بنابراین مطمئن شدن از صحت حل بسیار مشکل است.

برای نوع بارگذاری لرزه ای  این روش از نظر عددی کارا نمی باشد. انتقال نتایج از حوزه فرکانس به حوزة زمان حتی با استفاده از روشهای FFT مقدار محاسبات عددی قابل توجهی را لازم دارد.

روش محدود به سیستمهای ساختمانی خطی می باشد.

روش برای حل غیرخطی تقریبی اندر کنش خاک / سازه و پاسخ در ساختگاه بدون توجیه نظری کافی استفاده شده است. به طور مثال، این روش به صورت، رفتاری تکراری برای ساختن معادلات خطی به کار می رود، جملات میرایی خطی بعد از هر تکرار تغییر می کنند تا استهلاک انرژی در خاک را تخمین بزنند. بنابراین تعادل دینامیکی در خاک ارضا نمی شود.

7-1- حل معادلات خطی

حل گام به گام معادلات دینامیکی، حل در حوزة فرکانس و برآورد بردارهای ویژه و بردارهای ریتز تماماً احتیاج به حل معادلات خطی دارند که به صورت زیر بیان می‌شود.

AX=B                                                                                                                (1-7-1)

که در اینجا A یک ماتریس N×N متقارن است که تعداد زیادی جمله صفر دارد. ماتریسهای B و X که
"N × M"هستند بیانگر این مطلب است که بیشتر از یک حالت بارگذاری در یک زمان قابل حل می باشد. که روشهای متعددی برای کاهش حافظه مصرفی توسط A وحل دستگاه همزمان وجود دارد. (روش حذفی گوس,حل اسکای لاین  و روشهای بسیار متنوع دیگر که برای معکوس سازی ماتریسها به کار می روند از جمله روشهای:افراز کردن,سه قطری کردن,کاهش ماتریس,روش جوردن و...)

بخش دوم:

محاسبة بردارهای متعامد بر جرم و سختی

مقدمه

دلیل اصلی محاسبة اشکال مدی (یا بردارها و مقادیر ویژه) آن است که آنها برای غیرهمزمان سازی معادلات تعادل دینامیکی به کار می روند (در تحلیل برهم نهی مدی و یا تحلیل طیف پاسخ). هدف اصلی تحلیل دینامیکی تخمین صحیح تغییر مکانها و نیروهای اعضاء می باشد. در حالت کلی رابطة مستقیمی میان صحت بردارهای ویژه و مقادیر ویژه و صحت تغییر مکانهای گره های سازه و نیز نیروهای اعضاء وجود ندارد.

در اوایل پیدایش مهندسی زلزله روش ریلی ـ ریتز برای تحلیل دینامیکی تقریبی به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می گرفت.

با توسعة کامپیوترهای با سرعت بالا، استفاده از بردارهای ویژه دقیق جایگزین استفاده از بردارهای ریتز به عنوان پایه ای برای تحلیل لرزه ای شد. در اینجا به روش (LDR) یا بردارهای ریتز وابسته به بار خواهیم پرداخت و نشان داده می‌شود که روش جدید و تصحیح شده ریتز پاسخهایی با صحت بیشتر و انجام اعمال کمتر نسبت به استفاده از بردارهای ویژه دقیق ارائه می کند.

در آغاز نگاهی اجمالی به روشهای برآورد مساله مقدار ویژه می اندازیم.

1-2- روش جستجوی د ترمینانی (Determinant search method)

معادلة تعادل که بر ارتعاش آزاد یک مد نمونه نامیرا حاکم است به صورت زیر نوشته می‌شود :

      یا                                                                 (1-1-2)

این معادله را می توان با فرض i  و فاکتورگیری به صورت زیر مستقیماً حل کرد.

                                                                                                (2-1-2)

می توان نشان داد

                                                                                      (3-1-2)

می توان با تکرار این عمل نموداری از دترمینان در مقابلl رسم نمود. (شکل (1-1-2) این روش کلاسیک برای بدست آوردن فرکانسهای طبیعی سیستم روش جستجوی دترمینانی نام دارد.

باید به این نکته توجه نمود که برای ماتریسهای، با عرض باند کم تلاش عددی لازم بسیار ناچیز می باشد، برای این دسته از مسائل استفاده از جستجوی دترمینانی به همراه تکرار معکوس روشی بسیار کارامد می با شد که می توان توسط آن فرکانسهای طبیعی سیستم و اشکال مدی را برای سیستمهای سازه ای کوچک بدست آورد هرچند به دلیل افزایش سرعت کامپیوترها سیستمهای کوچک را با هر روش می توان به آسانی حل نمود بنابراین این روش در برنامه های مدرن کامپیوتری به کار نمی رود.

شکل1-1-2

2-2- کنترل ترتیب استورم (Sturm sequence check)

شکل (1-1-2) خاصیت بسیار مهمی از دنباله عبارات قطری ماتریس فاکتورگیری شده را نشان می دهد. متوجه می شویم برای مقدار مشخصی از i  ، می توان تعداد عبارت منفی در ماتریس قطری را شمرد که برابر تعداد فرکانسهای کمتر از آن مقدار می باشد. بنابراین، این روش می تواند برای کنترل روشی که نتوانسته تمام فرکانسهای طبیعی کمتر از مقدار مشخصی را حساب کند به کار رود.

نیز کاربرد مهم دیگر این روش برآورد تعداد فرکانسهای موجود در بازة خاص فرکانسی می باشد. که این مطلب در مسائل ارتعاش ماشین کارآمد می باشد.

تکرار معکوس

معادله (1-1-2) را می توان به فرمی مناسب برای روش حل تکراری نوشت  داریم:

      یا                                                    (1-2-2)

گامهای محاسباتی برای محاسبة یک بردار ویژه یا مقدار ویژه به صورت زیر خلاصه می‌شود.

ماتریس سختی را مثلثی می کنیم به فرم  LDLT. (در فاز حل بار استاتیکی)

برای اولین سعی فرض کنیم R(1) برداری حاوی اعداد تصادفی باشد و برای بردار اولیه  حل کنیم.

برای i=1,2,… سعی می کنیم.

(a  بردار را نرمال می کنیم به گونه ای که  

(b مقدار ویژه را تخمین می زنیم که   

(c کنترل  برای همگرایی اگر همگرا شد تمام

(d i=i+1  و محاسبه   

(e حل برای بردار جدید  

(f گام 3 را تکرار کنید.

می توان دید که این روش به سمت کوچکترین مقدار منحصربه فرد مقدار ویژه همگرا می باشد.

3-2- متعامدسازی گرام ـ اشمیت

بردارهای ویژه دیگر در روش تکرار معکوس قابل محاسبه اند به شرط آنکه بعد از هر چرخة تکرار، بردار تکرار نسبت به تمامی بردارهای محاسبه شده قبل متعامد شود. برای نشان دادن این روش فرض کنید بردار مفروض `Vموجود می باشد که می خواهیم نسبت به بردار محاسبه شده قبلی Vn متعامد شود. یا بردار جدید می تواند از رابطة زیر حساب شود.

V=`V-aVn                                                                                                        (1-3-2)

اگر این معادله را در  پیش ضرب کنیم بدست می آوریم .

                                                                      (2-3-2)

بنابراین شرایط تعامد در صورت برآورده شدن شرط زیر ارضا می‌شود.

                                                                                       (3-3-2)

اگر این متعامد سازی بعد از گام 3.e در تکرار معکوس قرار گیرد، مقادیر ویژه و بردارهای ویژه اضافی قابل محاسبه اند.

4-2- تکرار زیرفضای بلوکی ((Block subspace iteration

روش تکرار معکوس با یک بردار در صورت وجود مقادیر ویژه و بردارهای ویژه مشابه ممکن است همگرا نگردد. این حالت برای بسیار از سازه های سه بعدی واقعی با جرم و سختی مشابه در هر دو جهت اصلی ممکن است اتفاق بیافتد.

این مشکل را می توان با تکرار بوسیله گروهی (بلوکی) از بردارهای متعامد برطرف ساخت تجربه نشان داده است که اندازه بلوک (b) باید برابر جذر «پهنای متوسط باند ماتریس سختی» قرار داده شود ولی کمتر از 6 نگردد. این الگوریتم (روش) نسبتاً کند می‌باشد هرچند بسیار دقیق می‌باشد.

در حالت کلی بعد از آنکه برداری به  بلوک اضافه شد احتیاج به 5 تا 10 کاهش به جلو و جاگذاری به عقب می باشد تا این روش به بردار ویژه دقیق همگرا شود.

5-2- حل سیستمهای منفرد

برای انواع کمی از سازه ها، مانند شاتل ها، امکان ندارد که روش تکرار معکوس یا زیرفضا را به طور مستقیم برای بدست آوردن فرکانسهای طبیعی و اشکال مدی به کار برد. دلیل این امر وجود حداقل شش مد صلب با فرکانس صفر می‌باشد و ماتریس سختی منفرد است و قابل مثلثی کردن نیست. برای حل این مشکل تنها لازم است که جابجایی زیر در مقادیر ویژه انجام شود، یا تغییر متغیر بدهیم.

ln=`ln-r                                                                                                            (1-5-2)

بنابراین مسئله مقادیر ویژه تکراری را می توانیم به صورت زیر بنویسیم.

LDLT `Vn(i) = R(i)  یا  `K`Vn(i) = `ln(i-1) MVn(i-1)                                                               (2-5-2)

(3-5-2) ماتریس سختی جابجا شده به صورت `K=K+rM می‌باشد که دیگر منفرد نمی‌باشد.

بردارهای  ویژه با  انتقال دلخواه r  دستخوش تغییر نمی شوند  بنابراین از رابطة (1-5-2)بردارهای درستی حاصل می گردد.

در اینجا باید ذکر نمود برای حل مسائل مقدار ویژه از روشهای زیر نیز استفاده می گردد:  تکرار پیشرو، تکرار خارج قسمت رایلی و روش تکراری Lanczos ، روشهای تکراری چندجمله ای و تکنیکهای دنبالة Sturm، روشهای تبدیل (ژاکوبی)، ژاکوبی تعمیم یافته و تکرار معکوس و(Housholders-QR) .

6-2- ایجاد بردارهای ریتز وابسته به بار

تلاش عددی لازم برای محاسبة حل ویژه دقیق برای سیستم سازه اگر تعداد مدهای زیادی مورد احتیاج باشد، بسیار زیاد می‌باشد، هرچند مهندسان زیادی اعتقاد دارند اگر این تلاش منجربه به حل دقیقی گردد قابل توجیه می‌باشد.

در اینجا نشان داده می‌شود که این فرض برای محاسبة پاسخ دینامیکی تمامی سیتسمهای سازه ای ممکن است درست نباشد.

می توانیم اشکال مدی ارتعاش آزاد را برای کاهش اندازة مسائل خطی و غیرخطی استفاده کنیم. اما به دلایل زیر احتمالاً این کار بهترین رهیافت نمی‌باشد.

1. برای سیستمهای بزرگ سازه ای، حل مسئله مقدار ویژه برای بدست آوردن مدها و فرکانسهای ارتعاش آزاد تلاش عددی قابل ملاحظه ای لازم دارد.

2. در محاسبة شکلهای مدی ارتعاش آزاد اصلاً هیچ توجهی به توزیع مکانی، بار نمی‌گردد. بنابراین تعداد زیادی از اشکال مدی محاسبه شده نسبت به بارگذاری متعامد هستند و در پاسخ مشارکت نمی کنند.

و …

اما امکان دارد که دسته ای از بردارهای ریتز متعامد نسبت به جرم و سختی، با حداقل تلاش عددی، بدست آوریم که با هر گونه توزیع بار به سمت جواب درست همگرا گردند.

می‌توان نشان داد که یک تحلیل دینامیکی که برمبنای دستة منحصربه فردی از بردارهای ریتز وابسته به بار قرار دارد به جواب درست تری نسبت به استفاده از همان تعداد اشکال مدی دقیق می انجامد. در فصل بعد به این مطلب پرداخته می شود.

بخش سوم:

کلیات روش LDR (Load Dependent Ritz vectors)

1-3- روش جداسازی دو مرحله ای در تحلیل سازه‌ها

گام اول در تحلیل سازه‌ها با استفاده از اجزای محدود جداسازی سازه به منظور بدست آوردن مشخصات سختی، جرم و میرایی سازه برای استفاده در معادلات تعادل دینامیکی (حرکت) می باشد. سپس جداسازی جدیدی با استفاده از ترکیب توابع شکل عمومی و مستقل خطی، که از مدلسازی قبلی بدست آمده اند، برای مشخص کردن پاسخ سازه، قابل انجام می باشد.

روش کاهش دوم برای تحلیل استاتیکی خطی جالب توجه نمی باشد زیرا برای این تحلیل تنها یک گام لازم می باشد. هر چند این کاهش دوم برای تحلیل غیر خطی استاتیکی و نیز تحلیل خطی و غیر خطی دینامیکی که چندین گام باید انجام شود و در هر گام سیستمی از معادلات خطی و غیر خطی حل شود، مناسب می باشد.

1-1-3- جداسازی مسائل خطی دینامیکی به وسیلة برهم نهی مستقیم برداری

مطالعة مشخصات تغییر شکل بر اثر بارهای استاتیکی و تاریخچة زمانی پاسخ تعدادی سازة پیچیده آشکار می سازد تعداد زیادی از درجات آزادی باقی مانده در تحلیل ، غالباً توسط توپولوژی ساختمان دیکته می شود تا توسط پیچیدگی رفتار مورد انتظار. معمولاً هندسة سازه اجازة جداسازی به تعداد کمی المان نمی دهد اما می توان رفتار را به وسیلة تعداد کمی درجات آزادی مشخص نمود . این مطلب به طور کلی در مورد مسائل دینامیک سازه مانند تحلیل زلزله – که مطالعات آنالیز مودال بر روی محتوای فرکانسی و توزیع مکانی تحریک نشان داده اند، پاسخ، با تعداد نسبتا کمی از مودهای فرکانس پایین کنترل می شود - درست می باشد. در مورد تحلیل تحریکات ارتعاشی، فقط تعداد کمی از فرکانسهای متوسط ممکن است تحریک شوند. هر چند در مورد سیستمهای تحریک شدة چندگانه (Multi-Shock excited systems) اندر کنش مودهای مربوط به فرکانس‌های متوسط و بالا ممکن در طی بازة زمانی مورد بررسی اهمیت خود را حفظ نمایند. تغییر مبدأ از سیستم مختصات اصلی به سیستمهای مختصات مودال تعمیم یافته که در فرمول بندی سنتی حل مسائل بزرگ مقدار ویژه مورد نیاز است، هنگامی جالب توجه است که تعداد مودهای مشارکت کننده نسبت به درجات آزادی اصلی کم باشند.

        در حالت کلی روش تحلیل اجزای محدود، کمترین فرکانسهای دقیق را بسیار خوب تخمین می زند در حالیکه دقت کم یا عدم دقت و صحت برای تقریب شکل مودهای بالاتر و فرکانس‌های بالاتر مورد انتظار می باشد. این به علت این حقیقت می باشد که مودهای بالاتر طبیعت بسیار مغتششی دارند که ارائه آنها توسط اندازة مش بندی عملی انجام شده برای محاسبات مهندسی مشکل می باشد. بنابراین توجیه کمی برای بکارگیری پاسخ دینامیکی اشکال مودهای با فرکانس بالا، در تحلیل وجود دارد. به طور ایده‌آل مش‌های اجزای محدود باید به گونه‌ای انتخاب شود که اشکال مودی مربوط به فرکانسهای مهم ارتعاش به بهترین صورت تخمین زده شوند و سپس راه حل را می توان با در نظر گرفتن پاسخ این مودها بدست آورد. این مطلب با تحلیل برهم نهی برداری، با توجه به مودهای مهم سیستم اجزای محدود، قابل انجام می‌باشد.

برآورد فرکانسهای طبیعی اشکال مودی برای سیستم‌های سازه ای بزرگ احتیاج به مقدار قابل توجهی عملیات عددی دارد. هر چند همانطور که توسط ویلسون و همکاران (29) اشاره شده است، ممکن است اهمیت مستقیم این اطلاعات در مهندسی ارزش محدودی داشته باشد. مقادیر فرکانسی بیانگر وضعیتهای محتمل تشدید و اشکال مدی وابسته به فرکانسهای کم نشانگر این مطلب می باشند که کدام قسمتهای سازه انعطاف پذیرترین قسمتها می باشند. در اکثر موارد مقادیر تقریبی هم می توانند این اطلاعات را فراهم کند. در انجام اغلب تحلیلها، تنها دلیل برآورد بردارهای ویژة کامل و دقیق به علت استفادة جایگزین آنها برای کاهش اندازة سیستم در یک تحلیل بر هم نهی می باشد.

2-3- استفاده از بردارهای ریتز در دینامیک سازه‌ها

1-2-3- روش ریلی برای سیستمهای تک درجة‌ آزادی

ایدة اساسی در روش ریلی که برای تقریب فرکانس ارتعاش یک سیستم تک درجه آزادی استفاده می شود اصل ثبات انرژی می باشد. انرژی در یک سیستم با ارتعاش آزاد اگر نیروی میرایی برای جذب آن وجود نداشته باشد باید ثابت بماند. بنابراین ماکزیمم انرژی کرنشی در سازة الاستیک باید برابر ماکزیمم انرژی جنبشی جرم باشد. این روش قابل اعمال به هر سیستم چند درجه آزادی که قابل بیان به صورت سیستم تک درجه آزادی توسط استفاده از اشکال تغییر مکانی فرضی ریتز {X} باشد، می باشد.

                                                                                                        (1-2-3)

که در اینجا

K*= سختی تعمیم یافته: 

M* = جرم تعمیم یافته: 

= فرکانس تقریبی ارتعاش

می باشند.

در صورت برابر بودن {X} با  فرکانس حاصل دقیقا برابر فرکانس ناشی از حل دقیق می باشد.

2-2-3- تحلیل ریلی- ریتز برای سیستمهای چند درجة‌ آزادی

بسط ریتز از روش ریلی که به عنوان تحلیل ریلی – ریتز شناخته می شود به طور گسترده ای برای پیدا کردن تقریبی از کوچکترین مقادیر ویژه و بردارهای ویژة متناظر یک مساله ارتعاش آزاد استفاده شده است.

                                                              (2-2-3)

که در این رابطه [M],[K] ماتریس‌های سختی و جرم و بردارهای ویژه  و مقادیر ویژه یا مجذور فرکانسهای سیستم می باشند.

بردارهای ویژه  را می توان توسط تعدادی تابعهای سعی مجزای{Xi} تقریب زد بگونه ای که

                                                                        (3-2-3)

که {Xi}‌ها توابع شکل عمومی از قبل تعریف شده سیستم مختصات اصلی می باشند که بردارهای ریتز نامیده می شوند و Yi‌ها دسته ای از پارامترها می باشند- مختصات های ریتز- که مشخص کنندة سهم مشارکت هر بردار ریتز در حل می باشند.

بردارهای ریتز در (اکسترمم) فرم اساسی خارج قسمت رایلی جایگزین می شوند و دسته از Yiها، که مقادیر ثابتی بدست می دهد، جستجو می گردند. (روند این کار را می توان در منابع 3 و 12یافت) باقیمانده رایلی را می توان به صورت زیر نوشت.

                                                                              (4-2-3)

[K]* = [X] T [K][X]

[M]* = [X] T [M][X]

وضعیت پایدار منجر به حل مساله مقدار ویژه زیر می گردد.

                                                                                 (5-2-3)

بنابراین تقریب بردارهای ویژه  به صورت  می گردد.

مساله مقدار ویژة کاهش یافته ]معادلة (5-2-3)[ باعث رسیدن به r فرکانس تقریبی، ، و اشکال مدی متناظر آنها می گردد، می توان نشان داد. r مقدار ویژة حاصل از تقریب ریلی ریتز حد بالای مقادیر ویژة ناشی از حل دقیق می باشند.

روند تراکم استاتیکی، ترکیب مؤلفه ای مد، تکرار زیر فضا، و سایر روشهای گوناگون می توانند به عنوان تحلیل ریتز درک شوند. تکنیکها تنها در انتخاب بردارهای اساسی ریتز که در تحلیل فرض می شود تفاوت می کنند.

روند ریتز می تواند در فرمول بندی اجزای محدود برای کاهش تعادل دینامیکی استفاده شود. معادلات تعادل دینامیکی برای مدل اجزای محدود و با در نظرگیری {u} که بردار تغییر مکان گرهی است به صورت زیر نوشته می شود.

                                                                 (6-2-3)

که در اینجا [M] و [C] و [K] ماتریسهای مربعی n×n برای جرم، میرایی و سختی هستند و {F(s,t)} بردار بارگذاری دینامیکی تحمیل شده بر سازه می باشد که تابعی از فضا و زمان می باشد. علامت نقطه بیانگر مشتق نسبت به زمان می باشد.

بردار تغییر مکان گرهی را می توان توسط ترکیبی خطی از r بردار مستقل خطی ریتز، که r بسیار کوچکتر از n است، به صورت زیر تقریب زد.

                                                                                  (7-2-3)

که {Xi} بردارهای مستقل پایه و Yi(t) پارامترهای ناشناخته ای هستند که از حل یک سیستم کاهش یافته به صورت زیر بدست می آیند.

                                                            (8-2-3)

هدف از این انتقال بدست آوردن ماتریس جدید سختی، جرم و میرایی یعنی [K]* ، [M]*و[C]* است که در اندازه آنها کاهش داده شده(rxr) و دارای پهنای باند کوچکتری نسبت به ماتریسهای اصلی سیستم با حفظ صحت مورد نظر می باشد. بنابراین ماتریس انتقال باید با توجه به این مطلب انتخاب گردد که موفقیت روش به مقدار بسیار زیادی وابستگی به انتخاب صحیح بردارهای پایه دارد. انواع گوناگونی از این انتخابها در مقالات پیشنهاد شده اند (2، 7، 3، 23، 24). همانگونه که توسط نور (Noor) در (23) اشاره شده است دستگاه ایده آل بردارهای پایه دستگاهی است که کیفیت نتایج را حداکثر کند و تلاش کلی به دست آوردن آنها را حداقل نماید.

همانگونه که قبلا بیان شد، یکی از بهترین روشهای کاهش شناخته شده برای مسائل دینامیکی خطی «تکنیک برهم نهی مدی» می باشد که شامل انتخاب r مود ارتعاش آزاد بدون میرایی که حاصل از حل مساله مقدار ویژه به عنوان بردارهای پایه می باشد. با این انتخاب ویژه به سادگی می توان نشان داد که ماتریسهای کاهش یافته[C]* و[M]* و[K]* با فرض میرایی به صورت کسری از میرایی بحرانی،، به صورت نظری در می آیند.

                                                                 (9-2-3)

سیستم کاهش یافته به صورت r معادلة مستقل بدست می آید که هر کدام به تنهایی قابل انتگرال گیری می باشند. هر چند این یک شرط لازم برای غیر توأمان شدن معادلات دیفرانسیل نهایی در یک روش کاهش نمی باشد.

فقدان عمومیت در کدهای بر مبنای روش ریلی – ریتز به علت سختی موجود در انتخاب توابع کلی می باشد که، باعث رسیدن به جوابهایی با درجه ای از صحت مورد انتظار در یک تحلیل کامپیوتری می شوند. این وضعیت به طور چشمگیری بر محبوبیت استفاده از بردارهای ویژة دقیق را برای برهم نهی مدی افزوده است. هر چند، ویلسون و همکاران ،الگوریتم عددی ساده ای را برای ایجاد کلاس خاصی از بردارهای ریتز که در اینجا به عنوان (WYD Ritz vectors) یا بردارهای ریتز وابسته به بار نامیده می شوند را توسعه داده اند که پاسخهای با صحت بیشتر و زمان کامپیوتری صرف شدة کمتری نسبت به رهیافت سنتی بردار ویژه برای طیف وسیعی از مسائل مطالعه شده ارائه می نماید.

3-3- تولید خودکار WYD Ritz vectors برای تحلیل دینامیکی

دنباله بردارهای وابسته به بار، که برای کاهش اندازة سیستم به کار می روند، با در نظر گیری توزیع مکانی بارگذاری دینامیکی، که در استفاده مستقیم از اشکال مدی در نظر گرفته نمی شوند، محاسبه می شود.

الگوریتم در فرم حقیقی خود در شکل 1-3 نشان داده شده است. باید به این نکته توجه نمود که بارگذاری دینامیکی {F(s,t)} در معادلة (6-2-3) که برای مقدار دهی اولیه الگوریتم بازگشتی استفاده شده است،‌ به صورت ضرب بردار مکانی و یک تابع زمان نوشته می‌شود.

{F(s, t)}={f(s)} g (t)

اولین مقدار بردارهای ریتز وابسته به بار ،بردار تغییر مکانی است که از تحلیل استاتیکی با استفاده از توزیع مکانی بردار بار دینامیکی، {f(s)} به عنوان ورودی، به دست آمده است. سایر بردارها از ارتباط بازگشتی که در آن ماتریس جرم در آخرین بردار ریتز وابسته به بار ضرب می شود به دست می آیند. سپس بردار حاصله به عنوان بار برای تحلیل استاتیکی استفاده می شود. بنابراین پس از آنکه بردار سختی به صورت مثلثی تجزیه شد، فقط لازم است برای هر بردار ریتز مورد نیاز یک بردار بار به صورت استاتیکی تحلیل شود. استقلال خطی بردارهای ریتز وابسته به بار به وسیلة روند تعامد گرام – اشمیت حاصل می شود.

شکل 1-3- الگوریتم برای تولید خودکار بردارهای ریتز وابسته به بار

(فرمول بندی اولیه و اصلی که توسط ویلسون، یوان و دیکنز (29) پیشنهاد شده است.

1) ماتریسهای [M] و [K] و بردار نیرو {f} موجودند.

                               سایز سیستم

2) تبدیل ماتریس سختی به فرم مثلثی

                سیستم

3) حل برای اولین بردار

           حل برای

                  M نرمال سازی    

       i=2,….,r

4) حل برای بردارهای اضافی

(a)                    حل برای

(b)                             j=1,…,i-1   محاسبه برای

(c)                        M     متعامدسازی

(d)                               M     نرمال سازی

                  

5) متعامد سازی بردارهای ریتز وابسته به بار با توجه به ماتریس سختی (دلخواه):

حل برای مساله مقدار ویژه r*r که داریم.

  فرکانسهای تقریبی

محاسبه بردارهای ریتز وابسته به بار متعامد

تکنیک استفاده شده برای ساختن بردارهای ریتز وابسته به بار باعث ارتونرمال شدن جرم در میان بردارها می گردد به صورتی که[M]* در سیستم کاهش یافته (معادلة (8-2-3)) قطری بوده و متناظر با ماتریس همانی می شود هر چند که ماتریسهای[K]* و[C]* در حالت کلی پر می باشند.

                                                            (1-3-3)

بنابراین معادلة (1-3-3) با استفاده از روش گام به گام انتگرال گیری مستقیم و یا با معرفی انتقال اضافی برای کاهش سیستم به یک فرم قطری قابل حل می باشد.

در حالت وجود نسبت میرایی حل مساله مقدار ویژه

                                                                              (2-3-3)

گروهی از مختصات های مودی [z] ایجاد می نماید که برای قطری کردن سیستم قابل استفاده می باشند. مقدار مقادیر ویژة دقیق برای سیستم کاهش یافته و مقادیر مجذور فرکانس‌های تقریبی برای سیستم کامل می باشند. بردارهای ویژه [z] را می توان برای ایجاد دستة نهایی بردارهای ریتز وابسته به بار و متعامد استفاده کرد.

[▫X] =[X][Z]                                                                                                       (3-3-3)

دسته بردارهای[▫X]  ، نسبت به هر دو ماتریس سختی و جرم در سیستم کامل متعامد می باشند. بعضی از این بردارها می توانند تقریب خوبی از شکلهای مودی دقیق سازه باشند.

در حالت میرایی دلخواه، یک حل از مساله مختلط مقدار ویژه در صورتی که قرار باشد مختصات مودی غیر توأمان شوند لازم است. باید توجه کرد که تلاش عددی لازم برای حل سیستم کاهش یافته از درجة r (معادلة (1-3-3)) به طور معمول در مقایسه با سیستم اصلی کامل از درجة n (معادلة (6-2-3)) بسیار ناچیز می باشد.

از آنجایی که بردارهای ریتز وابسته به بار صورت خودکار در کسری از تلاش عددی لازم برای محاسبة بردارهای ویژة سیستم اصلی تولید می شوند، راهکار مؤثری برای کاهش سیستمهای سازه ای سه بعدی مانند، خاک/سازه، سد/مخزن و سکوهای دریایی که تلاش عددی زیاد و گرانبهایی برای حل به طریق مساله مقدار ویژة کلاسیک لازم دارند، می باشد.

4-3- تاثیر فرمول بندی اجزای محدود بر ایجاد بردارهای ریتز وابسته به بار

سه المان بنیادی در ایجاد بردارهای ریتز وابسته به بار، همانگونه که در شکل 1-3 نشان داده شده است، ماتریس‌های جرم، سختی و توزیع بار می باشد. ماتریسهای جرم  سختی در حالت عادی متقارن و مثبت معین می باشد هر چند ممکن است دو استثنای زیر به وجود آید:

- اگر سازه بتواند آزادانه به صورت یک جسم صلب حرکت کند (مانند هواپیما و یا کشتی) در این حالت ماتریس سختی مثبت و نیمه معین و از رتبة n-b می باشد که b تعداد حرکات مستقل جسم صلب می باشد.

- اگر هیچ جرمی به بعضی جابجایی‌های گرهی اختصاص داده نشده باشد ردیفها و ستونهای کاملا صفر در ماتریس جرم ایجاد می شود و ماتریس جرم منفرد خواهد بود.

- برای برخورد با مساله ماتریس سختی با رتبة معیوب (n-b)، ماتریس مثبت معین جابجا شده ای به صورت زیر

                                                                                                   (1-4-3)

را می توان به جای ماتریس [K] اصلی به کار برد. شیوة بردارهای ریتز وابسته به بار از نظر تئوری همان بردارها را، هر چند با ترتیبی متفاوت، برای هر ماتریس جابجا شده دلخواه به فرم معادلة (1-4-3) ایجاد خواهد کرد. بردارهای ریتز وابسته به بار به گونه ای خواهند بود مقادیر ویژه ماتریسهای سیستم کاهش یافته و بردارهای ویژه متناظر آنها ریشه‌های مدل فیزیکی را نزدیکتر به نقطة مشخص شده مورد علاقه از طیف ویژة،  ،تخمین می زنند.

تعداد کل بردارهای وابسته به بار مستقل که می توانند ایجاد شوند، شامل هرگونه مود جسم صلب موجود، برابر رتبة ماتریس جرم ،s، می باشد. بنابراین، اندازة‌ مساله کاهش یافته، r، نمی تواند از s بزرگتر باشد.

در پایان باید به این نکته توجه شود که برای سیستم‌های بزرگ و یا کلاس ویژه ای از مسائل، روشهای کاهش مختصات مانند تراکم استاتیکی و تکنیکهای زیر سازه‌سازی می توانند مقدم بر اعمال الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار، برای دستیابی به ماتریسهای سیستمی([M],[K],{f}) کوچکتر مورد استفاده در روند محاسبات بردارها، استفاده شوند. مزایای این چنین روندهای حل باید با دقت کامل ارزیابی شوند تا تعداد عملیات لازم برای حل را افزایش ندهند.

1-4-3- ماتریس جرم

دو روش برای ارائه ماتریس جرم در روش اجزای محدود وجود دارد. اول، یک ماتریس (ثابت) پایدار جرم، بر اساس همان توابع شکلی که برای فرمول بندی ماتریس سختی استفاده شده اند، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. با بیان در قالب انرژی، این بدان معناست که ارائه انرژی جنبشی هماهنگ با انرژی پتانسیل می باشد. فرکانسهای ویژه ای که با استفاده از ماتریس جرم ثابت و تحلیل ارتعاش آزاد بدست می آیند همگی فراتر از مقادیر دقیق متناظر بر مبنای تحلیل تئوری حقیقی ریلی – ریتز می باشند.

از آنجایی که رفتار دینامیکی سازه حساسیت کمتری نسبت به توزیع جرم در مقایسه با حساسیت نسبت به توزیع سختی دارد، این امکان نیز وجود دارد که جرم گسترده سازه و مصالح غیر سازه ای را با گروهی از جرمهای نقطه ای که در گره‌ها واقع هستند جایگزین کنیم. اگر این گونه ارائه جرم متمرکز شده انتخاب شود، همانگونه که این حالت عمومی در سازه‌های مهندسی عمران می باشد، مرزی برای فرکانسهای ویژه قابل بیان نمی باشد. صحت نتایج هم ممکن است به همان خوبی باشد زیرا استفاده از ماتریس متمرکز شده تمایل به افزایش مقسوم علیه در خارج قسمت رایلی، در مقایسه با روش پایدار، دارد و باعث جابجایی پاسخ به سمت نقطه شروع طیف می گردد.

مزایای محاسباتی در استفاده از جرمهای متمرکز شده آشکار هستند. مقدار حافظه مورد احتیاج کمتر و تعداد عملیات کمتر برای تولید بردارهای ریتز وابسته به بار. به علاوه، این مطلب بدین‌گونه قابل بیان شدن است که استفاده از فرمول بندی ثابت جرم فقط هنگامی ارزش دارد که وجود ضرایب همزمان سازی جرم مقدار عملیات محاسباتی لازم را به طور قابل ملاحظه ای افزایش ندهد، در غیر این صورت همان مقدار عملیاتی که به حل مساله اختصاص داده شده ، با تعداد بیشتری از متغیرهای پایه ممکن است سودمندتر باشد. چندین امکان در صورت استفاده از جرمهای متمرکز شده در ترکیب بردارهای ریتز وابسته به بار برای انتخاب بردارهای پایه وجود دارد. برای مثال با افزایش تعداد جرم‌های متمرکز شده، در حالیکه تعداد بردارهای ریتز وابسته به بار را ثابت نگه داریم، باید حل دقیق تر و صحیح تری بدون افزایش قابل توجه تلاش عددی ارائه کند.

2-4-3- بردار بارگذاری

صحت مبنای (پایة) بردارهای ریتز وابسته به بار که قرار است در کاهش مختصات یا بر هم نهی مستقیم برداری استفاده شوند به طبیعت بارگذاری سیستم مرتعش بستگی دارد. در حالت کلی، مقدار هر مؤلفه بردار، همانگونه که توسط مختصات‌های متناظر ریتز وابسته به بار بیان می شود، به ارائه هر دو عامل توزیع مکانی بار که به وسیله بردارهای مبنای کوتاه شده و محتوای فرکانس بار اعمالی در مقایسه با فرکانسهای باقی ماندة سازه، بستگی دارد.

1-2-4-3- محتوای فرکانسی

اثر فرکانس همانند شکل 2-3 قابل تصویر شدن می باشد که از مرجع (11) گرفته شده است و مشارکت نسبی نیروهای الاستیک و اینرسی را در یک سیستم تک درجة آزادی بدون میرایی را در مقابله با بارهای اعمالی که در اینجا یک بار‌هارمونیک است، نشان می دهد.

نتایج حاصله از مطالعة پاسخ این سازة یک درجه آزادی، برای تحلیل نمودن سازه‌های چند درجة آزادی نیز مناسب می باشد زیرا پاسخ کامل با برهم نهی کامل پاسخ اندازه گیری شده برای هر مختصات ریتز که مانند یک سیستم تک درجه آزادی با آن برخورد می شود حاصل می شود و نیز بارگذاری واقعی را می توان، با تجزیه فوریه، به صورت بر هم نهی مؤلفه‌های ‌هارمونیک سینوسی و کسینوسی بدست آورد.

مشاهده می شود که نیروی مقاوم اینرسی تنها برای مودهای با فرکانس پایین کافی می باشد درحالیکه برای مودهای با فرکانس‌های بزرگتر از حدود 3 برابر فرکانس بارگذاری مقاومت اصولاً الاستیک است که این بیانگر این مطلب است که مقاومت مودهای بالاتر به عنوان یک مساله استاتیک قابل محاسبه هستند.

شکل 2-3- نیروهای اینرسی و الاستیک در مقابل فرکانسهای مدی

2-2-4-3- توزیع مکانی

هنگامی که معادلات تعادل دینامیکی سیستم کاهش یافته را تشکیل می دهیم، بار دینامیکی به صورت زیر محاسبه می شود:

                                                      (2-4-3)

با توجه به معادلة (1.15)  {Fi}* ناچیز خواهد بود، اگر توزیع مکانی بار خارجی {f(s)} و بردار شکل {Xi} کاملا نامتشابه باشند و این بردار را می توان بدون کاهش صحت از پاسخ حذف کرد.

یک مثال مهم برای اینگونه رفتار در بارگذاری زلزله یافت می شود که بارگذاری زلزله در کل سازه توزیع می شود و به طور مؤثری تنها با مودهای پایین تر اندر کنش دارد.

هر چند بارهای خارجی که بر نقاط خاصی از سازه وارد می شوند تمایل به مشارکت با تمامی مدها دارند و هیچکدام به صورت دلخواه قابل حذف شدن نیستند. اگر بارگذاری اساساً فرکانس پایین باشد، ایدة شکل قبل قابل اعمال است و مدهای بالاتر همانند بارهای استاتیکی پاسخ خواهند داد.

بخش چهارم:

ارتباط بین الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار و روش Lanczos

روش‌های عالی توسعه یافته انتقال برای سیستمهای کوچک (گیونس، هوس هولدرز (Householders)، QR یا LR) برای مسائل از مرتبة بزرگ مقادیر ویژه که در تحلیل ارتعاش سازه ای حادث می شوند به دلیل آنکه نمی توانند از مزیت پراکندگی استفاده کنند، سودمند نمی باشند. در طی 25 سال گذشته تلاش بسیار زیادی برای توسعة روشهای تکرار برداری به منظور حل مسائل ویژه بزرگ و پراکنده، صورت گرفته است. روش تکرار زیر فضا به صورت رهیافتی استاندارد برای مواجهه با تحلیل مقدار ویژة سیستم‌های ساختمانی بزرگ پدید آمده است و در چندین کد برای کامپیوترهای Main frame مانند (2.3) SAP-IV, (2.8) ABAQUS, (2.1) ADINA مورد استفاده قرار گرفت. در حدود سالهای 86 توجه زیادی به روش Lanczos، که به خودی خود تکنیکی تکراری نیست، برای بدست آوردن یک الگوریتم عملی که به عنوان جایگزینی برای حل ویژه قابل استفاده باشد، اختصاص یافت. در این فصل به مقایسة اجمالی این روش (Lanczos) و روش بردارهای ریتز وابسته به بار می پردازیم.

1-4- روش Lanczos

روش Lanczos  ابتدا به عنوان روشی برای تبدیل ماتریسها به ماتریسهای سه قطری یعنی ماتریسی که تنها اعضای روی قطر اصلی، خط بالا و پایین آن غیر صفر هستند پیشنهاد شد. دنباله ای از بردارهای تکرار به وسیلة پیش ضرب در ماتریسی که قرار است کاهش یابد تشکیل می شوند. هر بردار با توجه به دو بردار قبلی خود متعامد می شود، می توان نشان داد این متعامد سازی برای حصول تعامد با تمام بردارهای قبلی کافی خواهد بود. ضرایب از روند متعامدسازی محاسبه می شوند سپس ترکیب می شوند تا بعد از آنکه n بردار حساب شدند n) درجة سیستم می باشد) ماتریسی سه قطری تشکیل دهند که از نظر تئوری همان مقادیر ویژة ماتریس اصلی را دارا باشند. الگوریتم Lanczos که به حل مساله مقدار ویژه عمومی به فرم زیر

                                                                                        (1-4)

اعمال می شود. در شکل 1-4 نشان داده شده است. در روش Lanczos بردارهای محاسبه شده به صورت متقابل متعامد هستند. هر چند توسعه‌های اولیة روش دچار اختلال شدند و این بدان علت است که متعامد سازی ضمنی در عمل با شکست مواجه می شود و اعمال روشهای متداول متعامدسازی بر حل ویژة کامل ماتریس سیستم مزیت محاسباتی این روش را کاهش می دهد. شماهای گوناگونی برای غلبه بر مساله فقدان تعامد پیشنهاد شده اند و برنامه‌های قابل اعتمادی هنگامی که حل ویژة جزئی از یک ماتریس بزرگ مد نظر باشد توسعه داده شده اند (25 و21).

کاربرد سنتی روش Lanczos برای حل معادلات تعادل دینامیکی شامل اعمال الگوریتم برای محاسبة تعداد مشخص (m) از مقادیر ویژة دقیق و بردارهای ویژة متناظر برای غیر توأمان کردن معادلات حرکت بوده است.

بردار آغازین معمولا به صورت تصادفی انتخاب شده و اطلاعات مهم ویژة مساله دینامیکی را نادیده می گیرد سپس به صورت نمونه اعمال زیر انجام می شوند:

شکل 1-4- روش Lanczos برای حل مساله مقدار ویژه عمومی

1) ماتریسهای جرم و سختی موجود [M] و [K]

[M] , [K]                             n*n      اندازه سیستم

2) مثلثی کردن ماتریس سختی

                سیستم

3) انتخاب بردار آغازین دلخواه

         M نرمال سازی    

              

4) حل برای بردارهای اضافی با i=2,…,r

(a)                 حل برای

(b)             

(c)                        M     متعامدسازی

(d)                               M     نرمال سازی

                  

5) ساختن ماتریس سه قطری

برای نمونه r=2m که m تعداد مقادیر ویژه مورد نیاز است.

6) محاسبه مقدار ویژه و بردارهای ویژه ماتریس

7) بسط بردارهای ویژه به کل اندازه سیستم

- سه قطری سازی Lanczos کوتاه شده با ساختن ماتریس r)[Tr] به اندازه ای بزرگ انتخاب می شود که تقریب خوبی از m مقدار ویژة اولیه قابل محاسبه باشد مثلاً (r=2m).

- استخراج مقادیر ویژه به روش QR از سیستم سه قطری کاهش یافته.

- تکرار معکوس برای بدست آوردن بردارهای ویژه از سیستم کاهش یافته

- بسط بردارهای ویژه به کل اندازة سیستم

صحت حل ویژه و همگرایی روش Lanczos به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر محتوای طیفی بردار آغازین{X1} ، تعداد بردارهای r تولید شده با استفاده از این روش و بازة مقادیر ویژه مساله ویژه قرار دارد. با بررسی مجدد عملکرد و کارایی الگوریتم ملاحظات زیر بر روی هر کدام از عوامل مؤثر بر همگرایی قابل بیان کردن می باشند:

 (a محتوای طیفی بردار آغازین

اگر بردار{X1} و بردار مورد نیاز متعامد باشند، بردار و مقدار ویژة متناظر به وسیله حل پیش بینی شدة ویژه ،حذف خواهند شد. یک پی‌آمد مستقیم این خاصیت آن است که اگر بردار{X1} در بعضی از مؤلفه‌های بردار ویژه ناکارآمد می‌باشد و در یک زیر فضای   iبعدی از فضای n بعدی فرم گرفته شده توسط عملگرهای (M) و (K) قرار می گیرد، بردار  {Xi+1} از نظر تئوری تهی می باشد.

 (b تعداد بردارهای تولید شده با استفاده از این روش

صحت تقریب با افزایش تعداد بردارهای تولید شده، r، افزایش می‌یابد اگر r=n ، درجه سیستم کلی، ‌باشد یا اگر مؤلفه‌های بردارهای ویژة تا  در بردار اولیه (آغازین) حاضر نباشند آنگاه کوچکترین r مقادیر ویژه و بردارهای متناظر به صورت کاملاً دقیق پیش بینی می شوند.

(c بازة مقادیر ویژة مساله ویژه

         صحت جفتهای ویژه (مقدار ویژه و بردار ویژه) تا حدی نیز به بازة مقادیر ویژة از مساله ویژة عمومی بستگی پیدا می کند. هر چه این بازه بزرگتر باشد صحت به کارگیری روش Lanczos هم بیشتر می باشد.

روش Lanczos یک روش تکراری نمی باشد. بنابراین تحلیل گر با انتخاب r بزرگ، کنترل کمی بر روی صحت نتایج دارد. برای حصول اطمینان از حل ویژة درست غالباً این روند با یکسری محاسبات کنترل حد خطا و کنترل توالی استورم همراه است تا اطمینان حاصل شود هیچ مقدار ویژه ای به طور کامل از دست نرود.

2-4- خواص اساسی بردارهای ریتز وابسته به بار

چادهری(1. (Chowdhuryپیشنهاد نموده است که بردارهای Lanczos در محاسبات پاسخ دینامیکی می توانند به جای مدهای نرمال به عنوان متغیرهای اصلی استفاده شوند اما این ایده را توسعه نداد. همانگونه که قبلاً عنوان شد، ویلسون و همکاران ایدة تولید دسته ای از بردارهای متعامد برای استفاده از نوع آنالیز ریتز به عنوان روشی در کنار برهم نهی مدها را مستقلاً توسعه دادند، با مقایسة الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار که در شکل 1-3 و روش Lanczos که در شکل 1-4 نشان داده شده است. مشاهده می شود که عناصر اصلی هر کدام عبارتند از:

(a  دنباله بردارها از رابطه زیر بدست می آید:

                  (2-4)

که برای ریاضیدانان به عنوان زیر فضای کریلف (Krylov) شناخته می شود.

(b روش انتقال ریلی – ریتز برای بدست آوردن تقریبی از مساله مقدار ویژه.

باید به این نکته توجه شود که دنبالة برداری بالا، هر گاه بدون متعامدسازی بدست آید، به بردار ویژة متناظر با کوچکترین مقدار ویژه همگرا می شود که در حرفة مهندسی عمران روش تکرار stodola نامیده می شود.

روش Lanczos و بردارهای ریتز وابسته به بار به همراه به کارگیری دنبالة Krylov و متعامدسازی گرام – اشمیت در هر گام، به دسته ای از بردارهای ارتونرمال [M] برای کاهش اندازة سیستم معادلات دینامیکی به تعداد کوچکی از مختصات عمومی منتج می شود. همانگونه که دیده می شود این دو روش توازی دارند و الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار شبیه به روش تولید بردارهای Lanczos می باشد. هر چند باید توجه شود که فلسفة انتخاب بردار آغازین که برای مقدار اولیه دادن به الگوریتم تکراری و استفادة بعدی پایه برداری که کاهش معادلات تعادل دینامیکی، که روش بردارهای ریتز وابسته به بار پیشنهاد شده است، جدید می باشد.

3-4- نکاتی در مورد تعامد بردارهای پایة ریتز وابسته به بار

در عمل، در محاسبة سیستمهای بزرگ مشاهده شده است، که بردار {Xi} ممکن است به دلیل خطای گردکردن و توقف روند گرام – اشمیت نسبت به [M] متعامد نباشد. استفاده از بهینه سازی‌های تکراری متعامدسازی در یک مقیاس محلی با بردارهای  {Xi-1},{Xi-2}و هر گاه لازم باشد در یک مقیاس عمومی با تمام بردارهای فرم یافتة قبلی به طور مؤثری برای غلبه بر ناپایداری عددی روش گرام – اشمیت به کار گرفته شد‌ه است.

الگوریتم استفاده شده برای تولید بردارهای ریتز وابسته به بار، بنابراین مشابه روش استفاده شده برای بدست آوردن بردارها Lanczos می باشد که برای آن بردار آغازین که برای مقداردهی اولیة رابطه تکراری استفاده می شود از توزیع مکانی بارگذاری دینامیکی بدست آمده است. به علاوه، در رهیافت بردارهای ریتز وابسته به بار، با پیشرفت پروسه الگوریتم، متعامدسازی مجدد و کامل نسبت به تمامی بردارهای قبلی برای هر بردار جدید اضافه شده به پایه انجام می گردد. هر چند نشان داده خواهد شد که این در حالت کلی برای اطمینان از تعامد نسبت به [M] کافی نمی باشد.

4-4- تحلیل سیستمهای با میرایی

هنگام استفاده از روش اجزای محدود ایجاد ماتریس میرایی به علت کمبود اطلاعات در مورد مکانیزمها و سطح میرایی در سازه مشکلات خاصی به همراه دارد.  اگر مکانیزمهای میرایی به میرایی درونی یا مادی محدود شده باشد و سازه از یک مادة همگن ساخته شده باشد آنگاه ماتریس میرایی به صورت نسبتی از ماتریس سختی خواهد بود. برای سازه‌های ساخته شده از دو مادة همگن یا بیشتر یا در مسائل اندرکنش مانند سیستمهای خاک/سازه یا سیال/ سازه هر مؤلفه ماتریس میرایی ممکن است نسبتی از مؤلفه متناظر در ماتریس سختی باشد اما به علت آنکه این ثابتهای این تناسب تفاوت می کنند ماتریس میرایی به صورت نسبتی از ماتریس سختی نخواهد بود. اگر قرار باشد برای سیستم حل به طریق برهم نهی مستقیم برداری استفاده گردد این گونه سیستمها که ماتریس میرایی به صورت نسبتی از ماتریس سختی نمی باشد نیازمند توجه ویژه ای می باشد.

1-4-4- روند حل برای میرایی متناسب (با ماتریس سختی)

معادله تعادل اساسی که از روش اجزای محدود برای مساله ارتعاش آزاد با میرایی حاصل می گردد را در نظر بگیرید.

                                               (3-4)

اگر روش مد نرمال استفاده گردد، بر اساس رابطه زیر، بردارهای ویژة مساله ارتعاش آزاد با میرایی برای قطری کردن ماتریس سختی و جرم سیستم استفاده خواهد شد.

                                                                                       (4-4)

                                                  (5-4)

عبارات میرایی در صورتی که         ماتریس قطری باشد، غیر همزمان می گردند. برای رسیدن به غیر همزمانی میرایی ماتریسهای در معادلة (3-4) باید به طور مشترک یک فضای ویژه (Eigenspace) دارا باشند. با توجه به تحلیلهای ریاضی دو بردار [B] و [A] در صورتی که قابلیت جابجایی داشته باشند یعنی [A][B]=[B][A] آنگاه به اشتراک یک فضای ویژه دارند. بنابراین شرط لازم و کافی برای غیر همزمانی میرایی عبارت است از:

                                             (6-4)

در حالت کلی این شرط ارضا نمی گردد ولی Caughey نشان داده است که با توصیف ماتریس [C] به صورت نسبتی از [K], [M] مطابق با

                                                                               (7-4)

ماتریس کاهش یافته میرایی [C]* قطری خواهد بود. در اکثر تحلیلها با استفاده از روش مد نرمال ماتریس میرایی [C] به صورت صریح فرم نمی گیرد ولی در عوض فرض می گردد که میرایی نسبتی از جرم و سختی می باشد، به گونه ای که:

                                                                                    (8-4)

که در اینجا یک پارامتر میرایی مدی می باشد و ، دلتای کرونکر می باشد.

اگر نیاز باشد ماتریس میرایی [C] به صورت صریح فرم گیرد مهم است که حالت ویژه ای از معادله
(7-4) با استفاده از i =0, 1 خواهیم داشت.

                                                                      (9-4)

که به عنوان میرایی ریلی شناخته می شود. ثابتهای a0و a1، ثابتهای تناسب و دلخواه می باشند که به ماتریسهای [K],[M] سیستم کامل اعمال می گردند. نسبت میرایی مودال برای هر مد را می توان به صورت زیر تعریف نمود.

      (10-4)

از معادله (10-4) مشاهده می شود که مدهای پایین تر به صورت عمده توسط میرایی متناسب با جرم میرا می گردند و مدهای بالاتر توسط میرایی متناسب با سختی میرا می گردند ثابتهای a0 و a1 طوری انتخاب می شوند تا هر چه نزدیکتر، سطح میرایی برای مودهایی که در محدودة فرکانس مهم برای پاسخ سازه واقع هستند، بدست آید. میرایی ریلی روشی مناسب برای معرفی ایده میرایی ارائه می کند زیرا هیچ حافظه اضافی به علت آنکه ماتریسهای [K],[M] از قبل موجودند، نیاز نمی باشد. ماتریس میرایی [C] همان خواص تعامد [M],[K] را دارا می باشد.

یک مشاهده مهم، از دید عددی، اگر بیشتر از دو ثابت تناسب (  a0و a1به علاوه بقیه) استفاده شوند، آنست که ماتریس [C] در حالت کلی پر خواهد بود و این بدان معنی است که فرم نواری [K],[M] از دست خواهد رفت. این مطلب اگر ماتریس [C] به طور صریح فرم یابد نیاز به حافظه بیشتری دارد و اگر روش حل گام به گام روی سیستم کاهش نیافته انجام گیرد انجام اعمال به طور قابل ملاحظه ای بیشتر، مورد نیاز می باشد. بنابراین در اکثر تحلیل‌ها به وسیله انتگرال گیری مستقیم میرایی ریلی استفاده می گردد.

معادلات تعادل کاهش یافته اجزای محدود با میرایی ریلی با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار [X] به عنوان بردارهای تبدیل ماتریس میرایی کاهش یافته زیر را ارائه   می کند.

                                                                                         (11-4)

ماتریس [K]* در حالت کلی پر خواهد بود و ماتریس [C]* نیز همان مکان شناسی (topology) ماتریس [K]* را دارا می باشد.

معرفی ماتریس اضافی [Z] برای متعامدسازی بردارهای ریتز وابسته به بار با توجه به ماتریس سختی ‌، همانگونه که قبلا شرح داده شد سیستم کاهش یافته را قطری خواهد کرد.

                                                                                         (12-4)

       اگر حل در سیستم مختصات Lanczos روی یک سیستم با میرایی ریلی انجام گردد خواهیم داشت:

                                                                                        (13-4)

بنابراین ماتریس کاهش یافتة میرایی [C]* سه قطری خواهد بود. اگر بیشتر از دو عبارت در سری Caughey (معادلة (7-4)) محاسبه گردد، ماتریس کاهش یافتة میرایی [C]* این خاصیت سه قطری خود را از دست می دهد و در حالت کلی پر خواهد بود.

2-4-4- روند حل برای میرایی غیر متناسب

هنگامی که ماتریس غیر متناسب میرایی با توجه به خواص میرایی مؤلفه‌های گوناگون در سازه مشخص گردید راه حل عددی مناسبی برای حل معادلة تعادل

                                                                     (14-4)

با توجه به این محدودیت که مدهای نرمال بدون میرایی، یا بردارهای ریتز وابسته به بار متعامد با جرم یا سختی سیستم را قطری نخواهند کرد، باید پیدا شود. روندهای حلی که اکثراً استفاده می‌شوند عبارتند از:

- روش انتگرال گیری مستقیم با استفاده از مختصات هندسی اصلی یا یک دسته از مختصات عمومی ریتز کاهش یافته.

- روش برهم نهی برداری با استفاده از بردارهای شکل مختلط یا توابع حقیقی به همراه نسبتهای میرایی وزن دار.

یک روش واضح برای تحلیل سازه‌های با میرایی غیر متناسب انتگرال گیری مستقیم معادلات حرکت توأمان توصیف شده در مختصات مجزای اصلی می باشد. مهمترین اشکال این روش آنست که تمامی معادلات حرکت باید در آنالیز استفاده گردند که نیاز به محاسبات عددی زیادی دارد.

برای بدست آوردن یک حل کارآمدتر روند انتگرال گیری مستقیم روی یک سیستم کاهش یافته که با مختصات عمومی ریتز معرفی می شود توسط کلاف و مجتهدی (9) پیشنهاد شده است. کلاف و مجتهدی در ارائه روش خود گروهی از کوچکترین اشکال مدی دقیق یک مساله ارتعاش آزاد را به عنوان بردارهای تبدیل برای بدست آوردن یک سیستم توأمان کاهش یافته که انتگرال گیری خواهد شد استفاده کردند.

سیستم کاهش یافته توأمان مرتبة بسیار کوچکتری نسبت به سیستم اصلی خواهد داشت به طوری که یک حل اقتصادی برای مساله ای با گامهای زمانی کوتاه روی یک رکورد بلند بارگذاری همچنان امکان پذیر می باشد، در حقیقت، شاید روندی با استفاده از الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار که در شکل 1-3 ارائه شده اند برای تولید بردارهای تبدیل، حتی باعث رسیدن به تکنیک حل کارآمدتری گردد زیرا این بردارها نسبت به بردارهای ویژة دقیق اقتصادی‌تر می باشند. این روش عددی روی یک تیر برشی آزمایش شده و ثابت گردیده که بسیار کارآمد می باشد.

         معادلات حرکت یک سازه یا میرایی غیر متناسب را می توان با استفاده از حل مساله ویژة مختلط هم غیر توأمان نمود.

                                                            (15-4)

در چنین حالتی شکلهای مدی مختلط و فرکانسهای مختلط شامل مؤلفه‌های داخل فاز و خارج فاز می باشند که گویی مساله ویژه اساساً از مرتبة 2n بوده است. رهیافتی مشابه برای قطری کردن سیستم کاهش یافته، شرح داده شده در بردارهای ریتز وابسته به بار به وسیلة [M]* و [C]* و [K]* می تواند استفاده گردد، پس بعد از آن، مرتبة مساله ویژه 2r خواهد بود که r تعداد بردارهایی می باشد که در عمل تبدیل حفظ می گردند.

عمده ترین حسن این روند غیر توأمان سازی نسبت به انتگرال گیری مستقیم از سیستم توأمان یک حل دقیق ریاضی در صورتی که یک تابع بارگذاری تقریبی معرفی شود، می باشد. حل معادلات دیفرانسیل غیر توأمان که تحت تاثیر بارهای دینامیکی که توسط یک سری از خطوط مستقیم در میان بازه‌های مساوی یا نامساوی زمانی ارائه می شود، قرار گرفته اند، به فرم بسته قابل فرمول بندی می باشد. این توصیف تقریبی بار عموماً برای هر گونه رکورد گذرای رقمی شده استفاده می گردد. مشکل روش انتگرال گیری مستقیم برای سیستم توأمان آن است که پاسخ دینامیکی عموماً در معرض طویل شدگی زمان تناوب و زوال دامنه با افزایش زمان می باشد.

اشکال عمدة روش ویژه (eigenmethod) آنست که اندازه مساله ویژة بزرگتری باید در نظر گرفته شود و نیز لازم است در پاسخ دینامیکی با اعداد مختلط کار شود.

5-4- فلسفة اساسی فراسوی بردارهای ریتز وابسته به بار

اگر هدف محاسبات ، حل ویژه صحیح است متوجه می شویم، با استفاده از روش Lanczos، تعداد مختصات‌های عمومی در سیستم کاهش یافته، r، باید بسیار بزرگتر از تعداد مدهای ، m، باقی مانده در مجموع بر هم نهی مودال باشد. از دید عدم اطمینان موجود در بارگذاری، به ویژه برای تحلیل زلزله، آشکار می شود، هزینة اضافی ناشی از استخراج مدهای بالاتر و مدهای صحیح تر واقعاً ارزشی ندارد، یک روش عددی که برای ارائه درست بارگذاری مشخص و پاسخ ناشی از آن با حداقل عملیات عددی تدوین شده باشد حتی اگر حل ویژة دقیقی ارائه نکند، باید برای مصارف طراحی کافی تلقی گردد.

هدف روش بردارهای ریتز وابسته بار بدست آوردن یک حل دقیق از مساله ویژه (eigenproblem) ارتعاش آزاد نیست بلکه تشکیل یک پایه برداری دقیق وابسته به بار برای تبدیل معادلات تعادل دینامیکی به فرم مناسب تری برای حل می باشد. سپس حل دستة تبدیل شدة معادلات، به تعداد مشخص مختصات ریتز وابسته به بار، توسط هر روش استاندارد عددی که در دینامیک سازه‌ها استفاده می گردد مانند روش انتگرال گیری مستقیم گام به گام، تحلیل در حوزة فرکانس یا تکنیک طیف پاسخ قابل انجام است. پس اگر یک حل برهم نهی برداری انتخاب گردد تعداد مختصات ریتز وابسته به بار استفاده شده در تبدیل به طور نمونه مشابه تعداد بردارهای نگهداری شده در جمع‌بندی برای رسیدن به یک تکنیک حل بهینه خواهد بود.

در تئوری هنگام استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار تنها بردارهایی که با الگوی بارگذاری مکانی تحریک می شوند ایجاد می گردد در حالیکه بعضی از بردارهای ویژة دقیق ممکن است تقریبا نسبت به الگوی بارگذاری مکانی متعامد باشند و در پاسخ اشتراک چندانی نداشته باشند. نتایج عددی به وضوح نشان می دهند که یک حل دینامیکی که به طور مستقیم با بردارهای ریتز وابسته به بار کار می کند، یا در مختصات Lanczos که از بردارهای ریتز وابسته به بار بدست آمده است ، بسیار کارآمدتر از روش حل مقادیر ویژه برای مسائل مورد بررسی می باشد.

بخش پنجم:

توسعة تخمین خطا برای روش کاهش بردارهای ریتز وابسته به بار

روش‌های کاهش در صورت عدم استفاده کارا از تخمین‌های خطا قابل اطمینان نمی باشند. در روشهای کلاسیک برهم نهی مستقیم بردار برای سیستمهای خطی، تنها تقریباتی از مدهای کوچکتر سازه استفاده می گردد. حتی اگر علاقه به فرکانسهایی نزدیک به مقداری خاص برای بررسی وضعیت تشدید حاصل از نیروهای نوسانی باشد، فرکانسهای مشخص شده باید در انتهای پایین طیف (lower end) باشند. بخاطر اینکه تقریباتی که در ایده‌آل سازی فیزیکی به وسیله اجزای محدود صورت می گیرد باعث می شود فرکانسهای بالاتر در مدل ریاضی اشتباه باشند. بنابراین مدهای بالاتر از تحلیل خارج می گردند و باید کنترل گردد که بردارهای باقیمانده به درستی توزیع مکانی را ارائه می کنند و به طور مؤثر و ممکن محدودة فرکانس بارگذاری اعمال شده را پوشش می دهند.

در این قسمت تخمین‌های خطا برای حصول اطمینان از اینکه بارگذاری مشخص شده به درستی توسط پایة ریتز وابسته به بار نشان داده می شوند و نیز برای سنجش ارتباط میان حل ریتز وابسته به بار در سیستم کاهش یافته و حل ویژة دقیق در سیستم اصلی ارائه می گردد. تشبیهی بین روش کاهش ریتز وابسته به بار و روشهای شناخته شدة تصحیح استاتیکی و شتاب مودی که برای بهبود مجموع یابی مودی در هنگام کار بر روی گروه بردارهای کاهش یافته استفاده می شوند، بسط خواهد یافت. در نهایت بعضی توجهات به فرکانس در روند تخمین خطا مورد بحث قرار خواهند گرفت.

1-5- تخمین‌های خطای مکانی برای ارائه بارگذاری

یک جنبة مهم از برهم نهی مستقیم بردار برای حل معادلات تعادل دینامیکی تعلق به تعداد بردارهایی که باید در تحلیل باقی بمانند، دارد. هر چه تعداد بردارهایی که برای یک حل رضایت بخش باید در حل بمانند افزایش یابد، هزینة تحلیل به سرعت افزایش می یابد.    ساده ترین راه برای آنکه بفهمیم چه تعداد بردار، یا مختصات عمومی، در تحلیل اجزای محدود باید باقی بمانند، استفاده از حل تکراری می باشد که بردارهای جدید را تا رسیدن به همگرایی، به حل اضافه نماییم. واضح است که این روش حتی برای سیستمهای کوچک اقتصادی نمی باشد. رهیافت بهتر توسعة یک معیار خطا در سطحی از الگوریتم ایجاد بردار، برای مشخص کردن زمان توقف تولید بردار جدید و حصول اطمینان از همگرایی برای مقادیر دلخواه پاسخ می‌باشد.

2-5- ارائة بارگذاری به وسیلة پایه بردارهای ریتز وابسته به بار

هانستین و بل (16) نشان دادند موارد عدم صحت در کوتاه کردن مودی توسط حذف مؤلفه‌های بار متعامد بر مدهای موجود در حل به وجود می آید. ایدة اصلی برای اندازه گیری قسمتی از بردار نیروی خارجی که در مجموع برهم نهی بردار وارد نشده است ،  بسط بردار بار در قالب پایة بردارهای کوتاه شده و تعریف معیارهای خطا که تابع باقیمانده‌ها Residual می باشند، است.

دستة کاملی از بردارهای ریتز متعامد بر جرم پایه ای برای فضای خطی n بعدی تشکیل می دهند بنابراین یک بردار دلخواه مانند توزیع مکانی بارگذاری {f(s)} را می توان به صورت زیر نوشت.

                                                                                           (1-5)

با پیش ضرب معادلة (1-5) در[X]T و استفاده از شرط ارتونرمال بودن نسبت به M، یعنی  خواهیم داشت.

[X] T {f(s)}={p}                                                                                                (2-5)

با جایگزینی (3.2) در (3.1) داریم:

{f(s)}=[M][X][X]T{f(s)}                                                                  (3-5)

بنابراین توزیع مکانی بارگذاری را می توان توسط سری محدود زیر توصیف نمود.

                                                                                       (4-5)

در جایی که ضریب مشارکت برداری،  ، به صورت زیر تعریف می شود:

                                                                                               (5-5)

در استفاده از بردارهای ویژة دقیق یا بردارهایی ریتز وابسته به بار در یک تحلیل برهم نهی مستقیم، ضریب مشارکت نمایانگر مستقیم آن است که آیا، {Xj}، در حل دینامیکی دخالت خواهد کرد یا نه. ضریب مشارکت، pj، بنابراین ممکن است به صورت مختصات بردارهای بار توصیف شده در قالب بردار دیده شود. بنابراین خطا در ارائه بار به وسیلة تعداد کاهش یافته بردارهای باقیمانده، r، ممکن است به صورت زیر تعریف شود.

                                            (6-5)

       باید به این نکته توجه شود که از صحت معادلات (3-5) تا (6-5) با استفاده از بردارهای شکلی،{Xj} که تنها نسبت [M] ارتونرمال می باشد اطمینان حاصل می گردد. اگر ما بردارهای ریتز وابسته به بار متعامد با [M] و [K] را، ، به جای ماتریس بردار [X] در معادله (3-5) جایگزین کنیم خواهیم داشت:

                                                                            (7-5)

با استفاده از ، در جایی که [X] بردارهای ریتز وابسته به بار می باشند که تنها متعامد بر جرم هستند، خواهیم داشت:

{f(s)}=[M][X][Z][Z]T[X]T{f(s)}                                                                        (8-5)

                                                                  (9-5)

که

                                                                     (10-5)

که pjضریب مشارکت برای بردارهای متعامد با [K] و [M] می باشد ماتریس Z در معادلة (8-5) بردارهای ویژة سیستم کاهش یافته، و به گونه ای نرمال شده اند که

یا

                                                                                                        (11-5)

با جایگزینی معادلة (3.11) در (3.8) داریم.

{f(s)}=[M][X][X]T{f(s)}                                                                                   (12-5)

معادلة (12-5) دقیقاً شبیه معادلة (3-5) که قبلاً بدست آمده می باشد. با استفاده از یک دستة بردار کاهش یافته می توانیم بنویسیم.

                                                   (13-5)

حقیقت مهم در مورد معادلة (13-5) آنست که برای تعداد ثابت بردارهای باقی مانده، r، دقیقاً مقادیر مشابهی برای {fr(s)} با استفاده از بردارهای تنها متعامد بر جرم،{Xj} و یا با استفاده از بردارهای متعامد بر [M] و [K] یعنی {▫Xj}به دست می آوریم. برای به کارگیری عملی الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار این بسیار حایز اهمیت است زیرا اگر قرار باشد سیستم کاهش یافته قطری شود، قبل از حل مساله ویژة کاهش یافته می توانیم بدانیم خطای موجود در ارائه بارگذاری حاصل شده از پایه بردار نهایی [▫X]چه خواهد بود.

بسطی از ارائه بارگذاری برای انجام تحلیلهای سه بعدی عمومی تر لازم می باشد. در این حالت بارگذاری را می توان به صورت زیر نوشت:

                                                                                   (14-5)

که در اینجا  توزیع مکانی درj امین جهت y , x) یا z) وgj(t) تابع زمانی متناظر با آن می باشد.

اولین رهیافت تحلیلی ممکن است شامل اعمال علامت مجموع در معادله (14-5) بر سطح محاسبات پاسخ باشد. بنابراین الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار برای هر محور با استفاده از {fx(s)},{fy(s)},{fz(s)} به عنوان توزیع بار اولیه برای بدست آوردن پایة بردار سه بعدی اجرا می شود که با برهم نهی آنها پاسخ کلی بدست می آید. این روش هنگامی کارآمدترین است که بردارهای بارگذاری متناظر با بردارهای اصلی سازه باشد به گونه ای که در هنگامی که سازه تحت تحریکات مستقل قرار می گیرد همزمانی در پاسخ نداشته باشیم.

تجربیات عددی واقعی در مورد پاسخ لرزه ای یک سازة سه بعدی  نشان داده است که علامت مجموع را می توان به صورت مؤثری در سطح توزیع بار اولیه، برای ایجاد یک پایة برداری ریتز وابسته به بار که از بردار اولیه زیر ساخته شده‌اند، اعمال کرد.

{f(s)}={fx(s)}+{fy(s)}+{fz(s)}                                                                           (15-5)

باید دقت شود که هرچند یک پایة برداری در تمام محاسبات قابل استفاده می باشد، بسیار مهم است که برای پایداری در محاسبات خطا جهت پذیری بار نیز در نظر گرفته شود، یک ارزیابی مستقل برای ارائه بارهای دینامیکی بدست آمده توسط پایه کوتاه شده برای جهات «X»،«Y»  و«Z» باید انجام شود. برای مثال، اگر جهت پذیری در تحلیل سه بعدی منظور نگردد، ضریب مشارکت، pj ، که از{Xj}T{f(s)} بدست آمده است، که {f(s)} از معادلة (15-5) بدست می آید برابر خواهد بود با:

pj=px,j+py,j+pz,j                                                                                                                                    (16-5)

با جایگزینی (16-5) در (13-5) داریم.

                                                           (17-5)

آشکار است که این معادله با توجه به راستای بارگذاری خاص جوابهای ناپایدار می‌دهد زیرا ضرایب مشارکت اعمال شده به هر مؤلفة بردار[M]{Xj} در جهات x, y, z باید ضریب مشارکت متناظر همان جهت باشد و نه مجموع ضرایب مشارکت در تمامی جهات.

بردار{Er(s)} که توسط معادلة (6-5) تعریف می شود خطای مکانی در ارائه بارگذاری به علت کوتاه کردن پایه بردار می باشد. به علت آنکه{Er} یک بردار با مولفه‌های منفرد می باشد توسعه یک روش درک مستقیم برای مقدار بردار نیرویی که در محاسبات حذف شده است، مشکل می باشد.

دو پیشنهاد مختلف، که جهت پذیری بارگذاری را در نظر می گیرند، برای اندازه گیری خطا در ارائه بارگذاری به علت کوتاه شدگی پایه بردار ارائه خواهد شد.

3-5- تخمین‌های خطا با استفاده از مجموع بارهای ارائه شده

برای تحلیل زلزله، یک جرم مؤثر که متناظر با جزئی از کل جرم پاسخ دهنده به زلزله در هر مود می باشد به عنوان نمایانگر خوبی از مشارکت نسبی یک مود خاص در کل پاسخ سازه به طور معمول استفاده می گردد. یک بسط نمونه در جهت «X» هنگام استفاده از بردارهای ویژة دقیق و ارتونرمال نسبت به جرم، به عنوان بردارهای پایه، در زیر نشان داده شده است.

بارگذاری  {fx(s)}، که در جهتX   عمل می کند، به صورت زیر تعریف می شود.

{fx(s)}=[M]{rx}                                                                                                 (18-5)

در جایی که [M] ماتریس جرم و {rx} بردار تاثیر متناظر با تغییر مکان بدست آمده در هر درجة آزادی سازه به علت یک  تغییر مکان واحد در پایة ساختمان در جهت «X» می باشد. ضریب مشارکت مودی برای مود j به صورت زیر تعریف می شود.

                                                                                        (19-5)

کل جرم در جهت «X» توسط رابطه زیر داده می شود.

mxx={rx} T [M]{rx}                                                                          (20-5)

برای یک بردار پایة کوتاه شده که شامل r مود می باشد تطبیق mxx به صورت

                                                                                       (21-5)

انجام می گردد. مقدار متناظر با نسبتی از کل جرم، در جهت x، که توسط مشارکت مودی بردار ارائه شده می باشد و بسط کامل معادله (21-5) در کلاف و پنیزین یافت می شود. بنابراین مقدار مجموع توزیع مکانی بارگذاری در جهتX می باشد که توسط گروه مدی ارائه شده است. درصد کل جرم،، که باید در به منظور همگرایی رضایت بخش، باقی بماند به نوعی جای بحث دارد اما برای مثال دستورالعمل 2800 پیشنهاد می کند حداقل باید 90% استفاده گردد.

عمومی کردن این معیار برای توزیع مکانی بار دلخواه طبیعی می باشد. با استفاده از معادلة (3-5) با یک دسته بردار کوتاه شدة  وابسته به بار[Xr] برای نوشتن عبارتی شبیه به  و به فرم کامل و جمع‌بندی در جهتX  توسط پیش ضرب در{rx}T داریم.

                                                      (22-5)

مهم است به این نکته توجه کنیم که هنگام استفاده از روش بردارهای ریتز وابسته به بار معادلة (22-5) باید به جای معادلة (21-5) استفاده شود زیرا ضرایب مشارکت px,j و   □px,jکه از بردارهای ارتونرمال نسبت به [M] ، یعنی {Xj} ، یا بردارهای متعامد بر [M] و [K] ، یعنی {▫Xj} حاصل می شوند، متفاوتند و تنها جمع نهایی که در معادلة (22-5) داده می شود یکسان می باشد. بنابراین اگر از مجموع مجذور ضرایب مشارکت برای محاسبة سهم کل بار که توسط پایه ارائه می گردد، استفاده شود، جوابهای متفاوتی در صورت استفاده از پایه‌های منفرد [▫Xr] و حاصل می گردد. با در نظر گرفتن یک تحلیل عمومی سه بعدی، تخمین‌های خطا با استفاده از مجموع نیروهای ارائه شده به صورت زیر می گردد:

ex=({rx}T [M][Xr]([Xr]T{fx(s)}))/({rx}T{f(s)})*100                                   (23-5)

ey=({ry}T [M][Xr]([Xr]T{fy(s)}))/({ry}T{f(s)})*100                                   (24-5)

ez=({rz}T[M][Xr]([Xr]T{fz(s)}))/({rz}T{f(s)})*100                                     (25-5)

این معیار همچنین قابل بسط برای در نظرگیری ممان وارد شده بر بعضی درجات آزاد می‌باشد. تجربیات عددی روی سازه های ساختمانی کوچک نشان داده است که برای بارگذاری زلزله، معیار خطای بر اساس مجموع نیروهای ارائه شده، نوعی از همگرایی با افزایش یکنوا را نشان می‌دهد. مقدار ez و eyو ex بین 0 و 100 تغییر می‌کند و نشان ‌دهندة درصد نسبی از کل بار ارائه شده در حل به وسیله دستة بردار می باشد. برای نوع عمومی تر بارهای دینامیکی، معیار خطا بر مبنای مجموع نیروهای ارائه شده لزوماً همگرایی یکنوا را نشان نخواهد داد و مقادیر منفی و نیز مقادیر متوسط و بزرگتر از 100 نیز امکان پذیر می باشد.

4-5- تخمین خطا بر اساس معیار اقلیدسی بردار خطای نیرو

فرمول بندی‌های دیگری برای اندازه گیری مقدار نسبی بار دینامیکی ارائه شده توسط پایة برداری که دارای مشخصات همگرایی مشابهی برای هر توزیع مکانی بار باشد مورد بررسی قرار گرفتند. این تخمین‌های خطای جدید باید از پتانسیل مشکل اولین تخمین خطا، که احتمال داشت توقفی در مجموع یابی مانند آنکه نوسان‌های محلی، به علت تغییر علامت در نیروهای ارائه شده، کاملاً در اندیسهای  ez و eyو ex پیش آید مبرا باشند.

پس از تجربیات عددی، با به کارگیری استراتژی‌های گوناگون مشاهده شد که معیار  بردار خطای نیرو بر مبنای معیار اقلیدسی) (به صورت زیر نوشته می شود.

                                                                       (26-5)

                                                      (27-5)

مشخصات همگرایی مشاهده شده برای بارگذاری زلزله مشابه معیار خطای بر مبنای مجموع بردارهای ارائه شده، می باشد که هر مقدار، اندکی محافظه کارانه‌تر می باشد. برای توزیع مکانی عمومی‌تر بار دینامیکی از تجربیات عددی مشاهده شده است که:

- معیار خطای بر مبنای معادلة (26-5) محافظه کارانه تر از فرم ساده تر که با رابطة زیر مشخص شده می باشد.

- که هر چند بعضی نوسانات در هنگام اضافه کردن چند بردار اول به حل ممکن می‌باشد، معیار خطای  تمایل بهتری نسبت به معیار ex برای نشان دادن همگرایی یکنوا نشان می‌دهد.

نمونه ای از این محاسبات در شکل )1-5( نشان داده شده است که در آن یک بار منفرد در بالای یک مدل تیر برشی با 7 درجه آزادی اعمال می‌گردد و تخمین‌های خطا به عنوان تابعی از بردارهای باقی مانده در تحلیل رسم شده‌اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1-5- مقایسه میزان خطا با در نظرگیری تعداد مختلف بردارهای ریتز

معادلة (26-5) برای یک جهت نمونه توسعه داده می شود، محاسبات مشابهی هم باید برای بدست آوردنe*y وe*z انجام شود. همچنین امکان دارد اندیسهای خطا برای بدست آوردن یک اندیس منفرد که ارائه کلی بار توسط پایه را منعکس می کند، با هم ترکیب گردند.

                 (28-5)

در معادلة (28-5) به طور ضمنی فرض شده که تمامی بردارهای بارگذاری تنها تابعی از فضا می باشند. اندیس منفرد بنابراین بر مبنای مقایسة طول بردار بارگذاری که در تحلیل ارائه نشده نسبت به طول کل بردار بار می باشد

عنصر اصلی دو معیاری که ارائه شده اند بردار{fr(s)} برابر نسبی از کل بار می باشد که می تواند از پایة کوتاه شده همانطور که در معادله (13-5) داده شده است بدست آید. مشاهدة جهتی مقادیر  و در هنگام تولید بردارهای ریتز وابسته به بار را می توان به کار گرفت و تنها عملیات عددی کمی لازم می باشد به علت آنکه حاصل ضرب[M]{xj} ، که برای بدست آوردن {fr(s)}مورد نیاز است، در هر صورت به عنوان قسمتی از محاسبات برداری باید محاسبه شود.

مقدار مناسبی از e یا e* را سپس می توان به عنوان معیار توقف (cut-off) برای توقف تولید بردارهای جدید به کار برد. باید به خاطر داشت، هر چند تخمین رفتار خالص سیستم با استفاده از تعداد کمی بردارهای ریتز وابسته به بار امکان پذیر است، برای کاربردهای عملی اهمیت نیروها و تنشها نسبت به تغییر مکانهای کلی سیستم بیشتر می باشد. دورانهای انتهای اعضا، نیروهای محوری و ممانهای خمشی که وابسته به تغییر مکانهای دیفرانسیلی می باشد ممکن است با خطای بارگذاری و بازیافت تنش نامناسب همراه باشند. ارزیابی کارایی این شمای عددی بنابراین باید با توجه به هر دو جنبة همگرایی تنش و تغییر مکان قضاوت شود.

5-5- روشهای جمع‌بندی برای آنالیز برهم نهی مستقیم بردار

برای اکثر تحلیلهای دینامیکی مدهای بالاتر معمولاً مشخصه‌های محلی می باشند و مشارکت آنها در پاسخ سازه قابل صرف نظر کردن می باشد. هر چند، اگر بار مؤلفه‌های قابل توجهی در بسط مولفه های مودی داشته باشد، ممکن است این مدهای بالاتر برای بازیابی تنش لازم  باشند. پاسخ دقیق به بردار بار باقی مانده{Er(s)} در معادلة (6-5) با استفاده از یک دسته بردار کوتاه شده به صورت زیر نوشته می شود.

              (29-5)

که در اینجا بیانگر پاسخ سیستم به مؤلفه ای از بار می باشد که توسط پایه بردار نشاندهندة بار نادیده گرفته می شود. این تغییر مکان باید به پاسخ ناشی از برهم نهی بردارهای کوتاه شده، اضافه گردد تا جوابهای درستی بدست آید.

1-5-5- روش تصحیح استاتیکی

با فرض آنکه مدهای با فرکانس به طور قابل توجه بزرگتر از فرکانس بار اعمالی، به حالت استاتیکی پاسخ خواهند داد، این امکان وجود دارد که برای در نظرگیری انعطاف پذیری مدهایی که در مجموع یابی مدهای تغییر مکان حفظ شده اند از یک تحلیل شبه استاتیکی استفاده نماییم. در معادلة (29-5) شتاب و سرعت را برای تمام زمانها صفر قرار می دهیم خواهیم داشت.

                                                                (30-5)

پاسخ کلی سیستم با استفاده از تصحیح استاتیکی برای مدهای بالاتر خواهد شد.

                                     (31-5)

فرکانسهای طبیعی سازه ای که قرار است تحلیل گردد،  ، در مقایسه با محتوای فرکانس بارگذاری،  ، در مؤثر بودن روش تصحیح استاتیکی نقش کلیدی دارد. همانگونه که در شکل 2-3 اشاره شده بود فرض آنکه قسمت استاتیکی پاسخ در مدهای بالاتر، تقریب خوبی از پاسخ دینامیکی می باشد تنها برای نسبتهای بزرگ فرکانس مناسب می باشد. هنگامی که نسبت فرکانس به سمت 1 حرکت می کند این تقریب با تردیدهایی همراه خواهد بود و برای  کوچکتر از 0.6 تصحیح استاتیکی بر مبنای معادله
(31-5) تایج بسیار ضعیفی ارائه می دهد و حتی بهتر است کلا تصحیح انجام نگردد، به این دلیل که روش تصحیح استاتیکی همیشه برای بارگذاریهایی بسیار مؤثر می باشد که محتوای فرکانس آنها بطور خوبی پایینتر از فرکانسهای سازه باشد مانند امواج دریا بر روی سازه‌های دریایی، اما همیشه برای زلزله که محتوای فرکانس پهنای وسیعی دارد و می تواند در نواحی فرکانس بالای سازه هم بسط پیدا کند، به این کارآمدی نمی باشد.

2-5-5- روش شتاب مدی

گونه ای از روش تصحیح استاتیکی به نام شتاب مدی نیز به طور گسترده ای برای در نظرگیری اثر مدهای بالاتر در حل برهم نهی برداری به کار گرفته شده است. فرمولی که در اینجا استخراج شده است گونه ای محاسباتی بوده که می توان نشان داد هم ارز روش کلاسیک که به طور صریح با مؤلفه‌های شتاب و سرعت کلی برخورد می کند می باشد. مدهای  و i=r+1,...,n را در نظر بگیرید که در جمع بندی منظور نشده اند، با استفاده از روش شبه استاتیکی داریم.

                                                             (32-))

که در نتیجه بدست می آوریم.

                                                                (33-5)

با بازگشت به مختصات هندسی

                                                  (34-5)

که اولین عبارت در این مجموع‌ها به روش معمول مودی اشاره دارد و عبارت دوم بیانگر تصحیح استاتیکی می باشد.

با جایگزینی (33-5) در (34-5) داریم.

                                                           (35-5)

                           (36-5)

که {f} تابع مکان و {U} و yi وg تابع زمان می باشند. با استفاده از تعامد نسبت به سختی بردارهای انتقال  که به صورت زیر نوشته می شود.

                                                                      (37-5)

عبارت دوم مجموع در معادلة (36-5) برابر خواهد بود با [K-1]{f(s)} زیرا

                                                                                 (38-5)

معادله 3.36 را می توان به این صورت نوشت.

                                      (39-5)

                                      (40-5)

                                                 (41-5)

که Kr بسط کاهش یافته از ماتریس سختی با استفاده از r بردار کاهش یافته می باشد.

3-5-5- مقایسة روشهای تصحیح استاتیکی، شتاب مودی و بردارهای ریتز وابسته به بار

مقایسة میان این سه روش به راحتی با توجه به تکنیک جمع برداری استفاده شده برای بدست آوردن پاسخ کلی قابل انجام است.

روش تصحیح استاتیکی

                                   (42-5)

روش شتاب مودی

                                   (43-5)

WYD Ritz

                                            (44-5)

که

                                         (45-5)

در هر کدام از دو روش اول جمع بندی بردار {f(s)} کامل چه به طریق استاتیکی در عبارت دوم مجموع و چه به طریق دینامیکی در عبارت اول مجموع به حساب آمده است. با مشاهدة معادلة (44-5) هنگامی که بردارهای ریتز WYD تنها متعامد بر جرم {Xi} در یک تحلیل مستقیم برهم نهی برداری استفاده می شوند. عبارت اول نظیر حل استاتیکی، می باشد که ضریب مقیاس مناسب به آن اعمال شده است و بردارهای دیگر بیانگر مشارکت دینامیکی می باشند که توسط حل استاتیکی نادیده گرفته شده است. مکانیسم تولید بردارهای ریتز WYD محتوای طبیعی بردار آغازین را در میان تمام بردارهای مبنا پخش می نماید که گویی تصحیح استاتیکی برای اثر مدهای بالاتر به صورت خودکار در فرمول بندی داخل شده است که تاثیر آن در بردار اول مشهودتر است. از آنجایی که بردارهای ریتز WYD می توانند به ارائه مناسبی از بارگذاری با تعداد کمی بردار منجر شوند قابل اعتمادتر خواهد بود، اگر مزیت تصحیح استاتیکی محقق نگردد، که از معیار خطا برای وارد نمودن تعداد کافی بردار دینامیکی در یک آنالیز معمول برهم نهی مدی، برای بدست آوردن ارائه مناسب بارگذاری استفاده گردد.

این توضیح برای بردارهای ریتز متعامد بر جرم و سختی، {▫Xi} نیز صادق می باشد. زیرا نشان داده شد که بردار باقیماندة خطای نیرو در صورت استفاده از {▫Xi}یا {Xi}یکسان خواهد بود.

پس از آنکه مطمئن شدیم پایة برداری قادر به ارائه صحیحی از توزیع مکانی بارگذاری می باشد، ممکن است علاقه داشته باشیم که کنترل نماییم آیا فرکانسهای تقریبی محاسبه شده، از مساله ویژه کاهش یافته، به طور کافی محدودة فرکانس بارگذاری اعمال شده را ،برای رسیدن به یک حل مؤثر در بر می گیرد یا خیر؟ برای بارگذاری‌های با محتوای فرکانسی موجود در یک باند باریک در شروع طیف ویژة سازه ای، تصحیح استاتیکی موجود در تکنیک ریتز بسیار مؤثر خواهد بود و این امکان وجود دارد که حتی با ارائه ضعیف و نامناسب مبنای کاهش یافته جوابهای درستی بدست آید. هر چند برای تحلیل گر سخت تر است که از جوابهای حاصل از جمع بندی راضی گردد.

6-5- رابطه میان بردارهای ریتز WYD و حل مقدار ویژة دقیق

هر چند هدف اولیة روش بردارهای ریتز WYD بدست آوردن یک حل درست ارتعاش آزاد مسألة ویژه نمی باشد اما ممکن است  جالب باشد تا مرزهای خطایی بر مبنای فرکانسهای سازه ای بدست آمده از بردارهای ریتز توسعه دهیم.

اولین رهیافت شامل برآورد جفت ویژة  و جایگزین آن در مساله ویژة اصلی می باشد معیار خطایی که با روابط زیر داده می شود.

                                                                    (46-5)

را می توان برای این منظور استفاده نمود. از نظر فیزیکی  بیانگر نیروهای گرهی متمرکز استاتیکی و  بیانگر نیروهای متمرکز گرهی ناشی از اینرسی در هنگامی که مدل FEM در حال ارتعاش در مد{▫Xj}  است، می باشد. معادلة (46-5) نرم نیروهای گرهی خارج از تعادل تقسیم بر نرم نیروهای الاستیک می باشد. مقدار  باید کوچک باشد اگر  و حل درستی از جفت ویژه باشند.

در اصل این امکان وجود دارد که مقدار تقریبی جفت ویژه و از حل سیستم ماتریسی کاهش یافته در هر مرحله از الگوریتم محاسبه گردد و معادلة (46-5) برای بررسی صحت حل ویژه با استفاده از بردارهای ریتز WYD در آن گام حل گردد. هر چند اگر الگوریتم بردارهای ریتز WYD با محاسبة فرم کاهش یافته سه قطری به صورت  به طور مستقیم به کار گرفته شود رهیافت ساده تری امکان پذیر می باشد.

عناصر خارج از قطر [Tr] به صورت خودکار پارامتری برای مرز خطای مقادیر ویژه استخراج شده فراهم می نمایند. به طور ویژه برای مساله ویژه عمومی شده در دینامیک سازه‌ها مرز خطای مطلق برای هر ریشة تقریبی  از نامساوی زیر قابل دستیابی می باشد.

                                                                        (47-5)

که در اینجا br+1 المان بعدی خارج از قطر [Tr] محاسبه شده از بردار {Xr} و Zr,j المان آخر بردار ویژة نرمال شده به صورتی که {Zj}T{Zj}=1  باشد، متناظر با j، ریشة بدست آمده از حل سیستم سه قطری کاهش یافته می باشد.

باید توجه شود که اگر حل ویژه درست تری از مدهای ارائه شده در محتوای طیفی بردار آغازین مد نظر باشد ترکیبی از روش کاهش ریتز WYD و تکرار زیر فضا ممکن است الگوریتم بسیار کارایی تشکیل دهند. در تکرار زیر فضا صحت توسط تحلیل گر تعیین می گردد بنابراین نیاز به روش تکراری وجود دارد. جزئیات این روش در شکل 2-5 موجود است.

شکل 2-5- الگوریتم ترکیب بردارهای ریتز وابسته به بار و تکرار زیر فضا برای حل مساله ویژه عمومی

1) ماتریسهای جرم و سختی و بردار نیرو

                               سایز سیستم

2) مثلثی کردن ماتریس سختی

                سیستم

3) استفاده از روش بردارهای ریتز وابسته به بار برای مقداردهی اولیه تکرار زیر فضا.

R بردار آغازین در ماتریس [X]1 تشکیل دهید به اندازه r*n (با استفاده از روش ریتز) تعداد بردارهای تکرار r بزرگتر از تعداد مقادیر ویژه خواسته شده انتخاب می‌گردد.

4) انجام محاسبات تکرار زیر فضا:

(a محاسبه مشارکت اینرسی

(b تصویر کردن ماتریسهای [K] , [M] روی زیر فضای K+1

(c سیستم ویژه کاهش یافته شرا حل نمایید.

(d محاسبه تقریب بهبود یافته از بردارهای ویژه 

(e کنترل همگرایی

متعامدسازی نسبت به سختی بردارهای ریتز وابسته به بار، از طریق حل مساله ویژه، شکل (1-3)، در حقیقت متناظر با یک چرخه از روند تکرار زیر فضا می باشد. با قراردادن k=0 ، الگوریتم 2-5 که بردارهای  ریتز وابسته به بار و تکرار زیر فضا را ترکیب می کند در گام 4.b) آغاز می گردد. تصویر ماتریسهای [K],[M] بر زیر فضای E1، با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار توسط الگوریتم اصلی (شکل 1-3) به عنوان بردارهای انتقال [X] ساخته می شود. هیچ کنترلی در مورد همگرایی صورت نمی گیرد زیرا مساله تنها یک بار حل می گردد. اگر تقریب نزدیک تری از طیف ویژه لازم باشد می توان روند تکراری را با انجام سیکلهای بیشتر تکرار زیر فضا ادامه داد.

تحلیل دینامیکی با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار

فصل اول

تحلیل دینامیکی با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار

بخش اول:

تحلیل دینامیکی

مقدمه

توسعه و رشد سریع سرعت کامپیوترها و روشهای اجزای محدود در طی سی سال گذشته محدوده و پیچیدگی مسائل سازه ای قابل حل را افزایش داده است. روش اجزای محدود روش تحلیلی را فراهم کرده است که امکان تحلیل هندسه، شرایط مرزی و بارگذاری دلخواه را به وجود آورده است و قابل اعمال بر سازه‌های یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی می‌باشد. در کاربرد این روش برای دینامیک سازه‌ها ویژگی غالب روش اجزای محدود آن است که سیستم پیوسته واقعی را که از نظر تئوری بینهایت درجة آزادی دارد، با یک سیستم تقریبی چند درجه آزادی جایگزین نماید. هنگامی که با سازه‌های مهندسی کار می‌کنیم غیر معمول نمی‌باشد که تعداد درجات آزادی که در آنالیز باقی می‌مانند بسیار بزرگ باشد. بنابراین تأکید بسیاری در دینامیک سازه برای توسعة روشهای کارآمدی صورت می‌گیرد که بتوان پاسخ سیستم‌های بزرگ را تحت انواع گوناگون بارگذاری بدست آورد.

هر چند اساس روشهای معمول جبر ماتریس تحت تاثیر درجات آزادی قرار نمی‌گیرند، تلاش محاسباتی و قیمت، به سرعت با افزایش تعداد درجات آزادی افزایش می‌یابند. بنابراین بسیار مهم است که قیمت محاسبات در حد معقول نگهداشته شوند تا امکان تحلیل مجدد سازه بوجود آید. هزینه پایین محاسبات کامپیوتری برای یک تحلیل امکان اتخاذ یک سری تصمیمات اساسی در انتخاب و تغییر مدل و بارگذاری را برای مطالعة حساسیت نتایج، بهبود طراحی اولیه و رهنمون شدن به سمت قابلیت اعتماد برآوردها فراهم می‌آورد. بنابراین، بهینه سازی در روشهای عددی و متدهای حل که باعث کاهش زمان انجام محاسبات برای مسائل بزرگ گردند بسیار مفید خواهند بود.

شکل 1-1- ایده آل سازی سازه با جرم گسترده

استفاده از بردارهای ویژه، برای کاهش اندازة سیستمهای سازه‌ای یا ارائه رفتار سازه به وسیلة تعداد کمی از مختصات های عمومی (تعمیم یافته) – در فرمول بندی سنتی – احتیاج به حل بسیار گرانقیمت مقدار ویژه دارد.

یک روش جدید از تحلیل دینامیکی که نیاز به برآورد دقیق فرکانس ارتعاش آزاد و اشکال مدی ندارد توسط ویلسون Wilson یوان (Yuan) و دیکنز (Dickens) (1.17) ارائه شده است.

روش کاهش، بردارهای ریتز وابسته به بار WYD Ritz vectors) که D, Y, W (حروف اختصاری نویسندگان)( بر مبنای بر هم نهی مستقیم بردارهای ریتز حاصل از توزیع مکانی و  بارهای مشخص دینامیکی می‌باشد. این بردارها در کسری از زمان لازم برای محاسبة اشکال دقیق مدی، توسط یک الگوریتم بازگشتی ساده بدست می‌آیند. ارزیابی‌های اولیه و کاربرد الگوریتم در تحلیل تاریخچه زمانی زلزله نشان داده است که استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار منجر به نتایج قابل مقایسه یا حتی بهتری نسبت به حل دقیق مقدار ویژه شده است.

در اینجا هدف ما تحقیق در جنبه‌های عملی کاربرد کامپیوتری بردارهای ریتز وابسته به بار، خصوصیات همگرایی و بسط آن به حالتهای عمومی تر بارگذاری می‌باشد. به علاوه، استراتژی‌های توسعه برای تحلیل دینامیکی سیستمهای غیر خطی ارائه خواهد شد. نیز راهنمایی‌هایی برای توسعه الگوریتمهایی برای ایجاد بردارهای ریتز تهیه شده است.

1-1- اصول اولیه تحلیل دینامیکی

تمام سازه های واقعی هنگام بارگذاری یا اعمال تغییرمکان به صورت دینامیکی رفتار می کنند. نیروهای اینرسی اضافی، با استفاده از قانون دوم نیوتن، برابر نیرو در شتاب می‌باشند. اگر نیروها و یا تغییر مکانها بسیار آرام اعمال شوند نیروهای اینرسی قابل صرفنظر کردن می باشند و یک تحلیل استاتیکی قابل انجام است. بنابراین می توان گفت، تحلیل دینامیکی بسط ساده ای از تحلیل استاتیکی می‌باشد.

بعلاوه تمام سازه های حقیقی بالقوه دارای درجات آزادی نامحدودی می باشند. بنابراین بحرانی ترین قسمت در تحلیل سازه ایجاد مدلی با تعداد درجات آزادی محدود می باشد که دارای تعدادی اعضای تقریباً بدون جرم و تعدادی گره باشد، که بتواند رفتار سازه را به طور مناسبی تخمین بزند. جرم سازه را می توان درگره ها متمرکز نمود. نیز برای یک سیستم الاستیک خطی خصوصیات سختی اعضاء را می توان باصحت بسیار خوبی تخمین زد- باتوجه به داده های تجربی- هرچند تخمین بارگذاری  دینامیکی، اتلاف انرژی و شرایط مرزی می تواند بسیار مشکل باشد.

با در نظر گیری موارد گفته شده برای کاهش خطاهای موجود لازم است تحلیل های دینامیکی متعدد با استفاده از مدلهای مختلف دینامیکی، بارگذاری و شرایط مرزی به کار گرفته شود و انجام حتی 20 آنالیز کامپیوتری برای طراحی یک سازه جدید و یا برآورد یک سازه موجود ممکن است لازم شود.

 با توجه به تعداد زیادی آنالیزهای کامپیوتری که برای یک تحلیل دینامیکی نمونه لازم است  باید در کامپیوترها روشهای عددی مناسبی برای محاسبات به کار رود.

2-1- تعادل دینامیکی

تعادل نیرویی برای یک سیستم چند درجه آزادی با جرم متمرکز شده، به صورت تابع زمان را می توان این گونه نوشت:

F(t)I + F(t)D + F(t)S = F(t)                                                                                  (1-2-1)

F(t)I : بردار نیروهای اینرسی عمل کننده بروی جرم

F(t)D : بردار نیروی میرایی لزج، یا اتلاف انرژی می باشد.

F(t)S : بردار نیروهای داخلی تحمل شده توسط سازه

F(t) : بردار بارهای اعمالی

معادله (1.2.1) برمبنای قوانین فیزیکی قرار دارد و برای هر دو دسته سیستمهای خطی و غیرخطی معتبر می باشد.

برای بسیاری از سیستمهای سازه ای تخمین رفتار خطی برای سازه انجام می گردد تا معادله فیزیکی
(1.2.1) تبدیل به گروهی از معادلات دیفرانسیل مرتبه دوم خطی گردد.

                                          (2-2-1)

که M ماتریس جرم، C ماتریس میرایی، K ماتریس سختی می باشند. بردارهای وابسته به زمان, ,, مقادیر مطلق تغییر مکان، سرعت و شتاب می باشند.

برای بارگذاری زلزله F(t) نیروی خارجی برابر صفر می باشد. حرکت اساسی لرزه‌ای سه مؤلفه u(t)ig می باشند که در نقطه ای زیر پی ساختمان در نظر گرفته می شوند. بنابراین می توانیم معادله (1.2.2) را با توجه به, ,,که کمیاتی نسبی (نسبت به مؤلفه‌های زلزله) می باشند بنویسیم.

بنابراین مقادیر مطلق تغییر مکان، سرعت و شتاب را می توان از معادله‌ (1.2.2) حذف نمود.

u(t)a = u(t) + {rx} u(t)xg + {ry} u(t)yg + {rz} u(t)zg

(t)a = (t) + {rx}  (t)xg + {ry} (t)yg + {rz} (t)zg                                       (3-2-1)

ü(t)a= ü(t) + {rx} ü(t)xg + {ry} ü(t)yg + {rz} ü(t)zg

که {ri} برداری است که در درجات آزادی جهتی 1 می باشد و بقیه عناصر آن صفرند.

با قرار دادن این معادله (3-2-1) در (2-2-1) داریم:

Mü(t) + C(t) + Ku(t) = -Mx ü(t)xg - My ü(t)yg – Mz ü(t)zg                              (4-2-1)

که

Mi = M{ri}

روشهای کلاسیک گوناگونی برای حل معادله (1-4) وجود دارد که هرکدام دارای محاسن و معایب خاص خود می باشند که آنها را به صورت خلاصه بیان می کنیم.

3-1- روش حل گام به گام

عمومی ترین روش تحلیل دینامیکی روش افزایشی است که معادلات تعادل در زمانهای Dt, 2Dt, 3Dt , …  حل می شوند. که تعداد زیادی از اینگونه روشهای افزاینده برای حل وجود دارد. در حالت عمومی این روشها شامل حل گروه کاملی از معادلات تعادل در هر افزایش زمان می باشند. در صورت انجام تحلیلی غیرخطی ممکن است لازم باشد تا ماتریس سختی سازه را شکل دهی مجدد نماییم.

نیز امکان دارد در هر گام زمانی برای رسیدن به تعادل نیاز به تکرار داشته باشیم. از دیدگاه محاسباتی ممکن است حل یک سیستم با چند صد درجة آزادی زمان بسیاری طلب نماید.

بعلاوه ممکن است نیاز داشته باشیم تا میرایی عددی یا مجازی را به دستة زیادی از این راه حلهای افزایشی برای بدست آوردن راه حلی پایدار اضافه کنیم. برای تعدادی از سازه های غیرخطی که تحت تأثیر حرکت زمین قرار گرفته اند، روشهای حل عددی افزایشی لازم می باشد.

برای سیستمهای سازه ای بسیار بزرگ ترکیبی از برهم نهی مودی و روشهای افزایشی می توانند بسیار مؤثر باشند. (برای سیستمهای با تعداد کمی المانهای غیرخطی).

4-1- روش برهم نهی مودی

معمول ترین و مؤثرترین رهیافت برای آنالیز لرزه ای سازه های خطی روش برهم‌نهی‌مودی می باشد. پس از آنکه گروهی از بردارهای متعامد برآورد شدند این روش دستة بزرگ معادلات تعادل را به تعداد نسبتاً کمتری از معادلات دیفرانسیل مرتبه دوم تبدیل می کند که این باعث کاهش قابل توجهی در زمان محاسبات می‌شود.

نشان داده شده است که حرکات لرزه ای زمین تنها فرکانسهای پایین سازه را تحریک می نماید.به صورت معمول حرکات زلزله در فواصل زمانی 200 نقطه در ثانیه ثبت می گردند. بنا بر این داده های بارگذاری پایه شامل اطلاعات بالای 50 دور در ثانیه نمی باشند.با توجه به این مطلب صرف نظر از مودها و فرکانسهای بالاتر معمولاَ باعث ایجاد خطا نمی شوند.

5-1- تحلیل طیف پاسخ

روش تحلیل برهم نهی مودی اولیه ، که تنها به سازه های الاستیک خطی محدود می باشد، پاسخ کامل تاریخچة زمانی تغییر شکلهای گره ها و نیروهای اعضا را به علت حرکت زمین ویژه ای بدست می دهد. استفاده از این روش دو عیب دارد:

این روش حجم خروجی بالایی ایجاد می کند که این امر سبب زیاد شدن عملیات طراحی به خصوص هنگامی که بخواهیم نتایج را برای کنترل طراحی به کار بریم می‌گردد.

تحلیل باید برای چندین زلزله دیگر هم تکرار شود تا اطمینان حاصل گرد که تمام مدها تحریک شده اند.

مزایای محاسباتی قابل توجهی در استفاده از تحلیل طیف پاسخ برای پیش بینی تغییر مکانها و نیروهای اعضاء در سیستمهای سازه ای وجود دارد. این روش فقط شامل محاسبة حداکثر مقدار تغییر مکانها و نیروهای اعضاء با استفاده از طیفی هموار شده است که میانگین چندین زلزله است، می باشد. سپس لازم است برای بدست آوردن متحمل‌ترین مقدار اوج تغییر مکان یا نیرو از روشهای CQC ، SRSS و یا CQC3 استفاده  گردد.

6-1- حل در حوزة فرکانس

رهیافت پایة استفاده شده در حل معادلات تعادل دینامیکی در دامنه فرکانس بسط نیروهای خارجیF(t) در قالب عبارات سری های فوریه یا انتگرالهای فوریه می باشد.

حل شامل عبارات مختلط است که محدوده زمانی¥+ تا ¥- را پوشش می دهد. بنابراین روشی بسیار کارا برای گونه‌های بارهای تکرارای مانند: ارتعاشات مکانیکی، آکوستیک، امواج دریا و باد می باشد. هرچند استفاده از حل در حوزة فرکانس برای تحلیل سازه‌هایی که تحت تأثیر زلزله قرار می گیرند دارای معایب چندی نیز می باشد.

فهم ریاضیات به کار رفته برای دسته زیادی از مهندسان سازه بسیار مشکل می باشد. بنابراین مطمئن شدن از صحت حل بسیار مشکل است.

برای نوع بارگذاری لرزه ای  این روش از نظر عددی کارا نمی باشد. انتقال نتایج از حوزه فرکانس به حوزة زمان حتی با استفاده از روشهای FFT مقدار محاسبات عددی قابل توجهی را لازم دارد.

روش محدود به سیستمهای ساختمانی خطی می باشد.

روش برای حل غیرخطی تقریبی اندر کنش خاک / سازه و پاسخ در ساختگاه بدون توجیه نظری کافی استفاده شده است. به طور مثال، این روش به صورت، رفتاری تکراری برای ساختن معادلات خطی به کار می رود، جملات میرایی خطی بعد از هر تکرار تغییر می کنند تا استهلاک انرژی در خاک را تخمین بزنند. بنابراین تعادل دینامیکی در خاک ارضا نمی شود.

7-1- حل معادلات خطی

حل گام به گام معادلات دینامیکی، حل در حوزة فرکانس و برآورد بردارهای ویژه و بردارهای ریتز تماماً احتیاج به حل معادلات خطی دارند که به صورت زیر بیان می‌شود.

AX=B                                                                                                                (1-7-1)

که در اینجا A یک ماتریس N×N متقارن است که تعداد زیادی جمله صفر دارد. ماتریسهای B و X که
"N × M"هستند بیانگر این مطلب است که بیشتر از یک حالت بارگذاری در یک زمان قابل حل می باشد. که روشهای متعددی برای کاهش حافظه مصرفی توسط A وحل دستگاه همزمان وجود دارد. (روش حذفی گوس,حل اسکای لاین  و روشهای بسیار متنوع دیگر که برای معکوس سازی ماتریسها به کار می روند از جمله روشهای:افراز کردن,سه قطری کردن,کاهش ماتریس,روش جوردن و...)

بخش دوم:

محاسبة بردارهای متعامد بر جرم و سختی

مقدمه

دلیل اصلی محاسبة اشکال مدی (یا بردارها و مقادیر ویژه) آن است که آنها برای غیرهمزمان سازی معادلات تعادل دینامیکی به کار می روند (در تحلیل برهم نهی مدی و یا تحلیل طیف پاسخ). هدف اصلی تحلیل دینامیکی تخمین صحیح تغییر مکانها و نیروهای اعضاء می باشد. در حالت کلی رابطة مستقیمی میان صحت بردارهای ویژه و مقادیر ویژه و صحت تغییر مکانهای گره های سازه و نیز نیروهای اعضاء وجود ندارد.

در اوایل پیدایش مهندسی زلزله روش ریلی ـ ریتز برای تحلیل دینامیکی تقریبی به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می گرفت.

با توسعة کامپیوترهای با سرعت بالا، استفاده از بردارهای ویژه دقیق جایگزین استفاده از بردارهای ریتز به عنوان پایه ای برای تحلیل لرزه ای شد. در اینجا به روش (LDR) یا بردارهای ریتز وابسته به بار خواهیم پرداخت و نشان داده می‌شود که روش جدید و تصحیح شده ریتز پاسخهایی با صحت بیشتر و انجام اعمال کمتر نسبت به استفاده از بردارهای ویژه دقیق ارائه می کند.

در آغاز نگاهی اجمالی به روشهای برآورد مساله مقدار ویژه می اندازیم.

1-2- روش جستجوی د ترمینانی (Determinant search method)

معادلة تعادل که بر ارتعاش آزاد یک مد نمونه نامیرا حاکم است به صورت زیر نوشته می‌شود :

      یا                                                                 (1-1-2)

این معادله را می توان با فرض i  و فاکتورگیری به صورت زیر مستقیماً حل کرد.

                                                                                                (2-1-2)

می توان نشان داد

                                                                                      (3-1-2)

می توان با تکرار این عمل نموداری از دترمینان در مقابلl رسم نمود. (شکل (1-1-2) این روش کلاسیک برای بدست آوردن فرکانسهای طبیعی سیستم روش جستجوی دترمینانی نام دارد.

باید به این نکته توجه نمود که برای ماتریسهای، با عرض باند کم تلاش عددی لازم بسیار ناچیز می باشد، برای این دسته از مسائل استفاده از جستجوی دترمینانی به همراه تکرار معکوس روشی بسیار کارامد می با شد که می توان توسط آن فرکانسهای طبیعی سیستم و اشکال مدی را برای سیستمهای سازه ای کوچک بدست آورد هرچند به دلیل افزایش سرعت کامپیوترها سیستمهای کوچک را با هر روش می توان به آسانی حل نمود بنابراین این روش در برنامه های مدرن کامپیوتری به کار نمی رود.

شکل1-1-2

2-2- کنترل ترتیب استورم (Sturm sequence check)

شکل (1-1-2) خاصیت بسیار مهمی از دنباله عبارات قطری ماتریس فاکتورگیری شده را نشان می دهد. متوجه می شویم برای مقدار مشخصی از i  ، می توان تعداد عبارت منفی در ماتریس قطری را شمرد که برابر تعداد فرکانسهای کمتر از آن مقدار می باشد. بنابراین، این روش می تواند برای کنترل روشی که نتوانسته تمام فرکانسهای طبیعی کمتر از مقدار مشخصی را حساب کند به کار رود.

نیز کاربرد مهم دیگر این روش برآورد تعداد فرکانسهای موجود در بازة خاص فرکانسی می باشد. که این مطلب در مسائل ارتعاش ماشین کارآمد می باشد.

تکرار معکوس

معادله (1-1-2) را می توان به فرمی مناسب برای روش حل تکراری نوشت  داریم:

      یا                                                    (1-2-2)

گامهای محاسباتی برای محاسبة یک بردار ویژه یا مقدار ویژه به صورت زیر خلاصه می‌شود.

ماتریس سختی را مثلثی می کنیم به فرم  LDLT. (در فاز حل بار استاتیکی)

برای اولین سعی فرض کنیم R(1) برداری حاوی اعداد تصادفی باشد و برای بردار اولیه  حل کنیم.

برای i=1,2,… سعی می کنیم.

(a  بردار را نرمال می کنیم به گونه ای که  

(b مقدار ویژه را تخمین می زنیم که   

(c کنترل  برای همگرایی اگر همگرا شد تمام

(d i=i+1  و محاسبه   

(e حل برای بردار جدید  

(f گام 3 را تکرار کنید.

می توان دید که این روش به سمت کوچکترین مقدار منحصربه فرد مقدار ویژه همگرا می باشد.

3-2- متعامدسازی گرام ـ اشمیت

بردارهای ویژه دیگر در روش تکرار معکوس قابل محاسبه اند به شرط آنکه بعد از هر چرخة تکرار، بردار تکرار نسبت به تمامی بردارهای محاسبه شده قبل متعامد شود. برای نشان دادن این روش فرض کنید بردار مفروض `Vموجود می باشد که می خواهیم نسبت به بردار محاسبه شده قبلی Vn متعامد شود. یا بردار جدید می تواند از رابطة زیر حساب شود.

V=`V-aVn                                                                                                        (1-3-2)

اگر این معادله را در  پیش ضرب کنیم بدست می آوریم .

                                                                      (2-3-2)

بنابراین شرایط تعامد در صورت برآورده شدن شرط زیر ارضا می‌شود.

                                                                                       (3-3-2)

اگر این متعامد سازی بعد از گام 3.e در تکرار معکوس قرار گیرد، مقادیر ویژه و بردارهای ویژه اضافی قابل محاسبه اند.

4-2- تکرار زیرفضای بلوکی ((Block subspace iteration

روش تکرار معکوس با یک بردار در صورت وجود مقادیر ویژه و بردارهای ویژه مشابه ممکن است همگرا نگردد. این حالت برای بسیار از سازه های سه بعدی واقعی با جرم و سختی مشابه در هر دو جهت اصلی ممکن است اتفاق بیافتد.

این مشکل را می توان با تکرار بوسیله گروهی (بلوکی) از بردارهای متعامد برطرف ساخت تجربه نشان داده است که اندازه بلوک (b) باید برابر جذر «پهنای متوسط باند ماتریس سختی» قرار داده شود ولی کمتر از 6 نگردد. این الگوریتم (روش) نسبتاً کند می‌باشد هرچند بسیار دقیق می‌باشد.

در حالت کلی بعد از آنکه برداری به  بلوک اضافه شد احتیاج به 5 تا 10 کاهش به جلو و جاگذاری به عقب می باشد تا این روش به بردار ویژه دقیق همگرا شود.

5-2- حل سیستمهای منفرد

برای انواع کمی از سازه ها، مانند شاتل ها، امکان ندارد که روش تکرار معکوس یا زیرفضا را به طور مستقیم برای بدست آوردن فرکانسهای طبیعی و اشکال مدی به کار برد. دلیل این امر وجود حداقل شش مد صلب با فرکانس صفر می‌باشد و ماتریس سختی منفرد است و قابل مثلثی کردن نیست. برای حل این مشکل تنها لازم است که جابجایی زیر در مقادیر ویژه انجام شود، یا تغییر متغیر بدهیم.

ln=`ln-r                                                                                                            (1-5-2)

بنابراین مسئله مقادیر ویژه تکراری را می توانیم به صورت زیر بنویسیم.

LDLT `Vn(i) = R(i)  یا  `K`Vn(i) = `ln(i-1) MVn(i-1)                                                               (2-5-2)

(3-5-2) ماتریس سختی جابجا شده به صورت `K=K+rM می‌باشد که دیگر منفرد نمی‌باشد.

بردارهای  ویژه با  انتقال دلخواه r  دستخوش تغییر نمی شوند  بنابراین از رابطة (1-5-2)بردارهای درستی حاصل می گردد.

در اینجا باید ذکر نمود برای حل مسائل مقدار ویژه از روشهای زیر نیز استفاده می گردد:  تکرار پیشرو، تکرار خارج قسمت رایلی و روش تکراری Lanczos ، روشهای تکراری چندجمله ای و تکنیکهای دنبالة Sturm، روشهای تبدیل (ژاکوبی)، ژاکوبی تعمیم یافته و تکرار معکوس و(Housholders-QR) .

6-2- ایجاد بردارهای ریتز وابسته به بار

تلاش عددی لازم برای محاسبة حل ویژه دقیق برای سیستم سازه اگر تعداد مدهای زیادی مورد احتیاج باشد، بسیار زیاد می‌باشد، هرچند مهندسان زیادی اعتقاد دارند اگر این تلاش منجربه به حل دقیقی گردد قابل توجیه می‌باشد.

در اینجا نشان داده می‌شود که این فرض برای محاسبة پاسخ دینامیکی تمامی سیتسمهای سازه ای ممکن است درست نباشد.

می توانیم اشکال مدی ارتعاش آزاد را برای کاهش اندازة مسائل خطی و غیرخطی استفاده کنیم. اما به دلایل زیر احتمالاً این کار بهترین رهیافت نمی‌باشد.

1. برای سیستمهای بزرگ سازه ای، حل مسئله مقدار ویژه برای بدست آوردن مدها و فرکانسهای ارتعاش آزاد تلاش عددی قابل ملاحظه ای لازم دارد.

2. در محاسبة شکلهای مدی ارتعاش آزاد اصلاً هیچ توجهی به توزیع مکانی، بار نمی‌گردد. بنابراین تعداد زیادی از اشکال مدی محاسبه شده نسبت به بارگذاری متعامد هستند و در پاسخ مشارکت نمی کنند.

و …

اما امکان دارد که دسته ای از بردارهای ریتز متعامد نسبت به جرم و سختی، با حداقل تلاش عددی، بدست آوریم که با هر گونه توزیع بار به سمت جواب درست همگرا گردند.

می‌توان نشان داد که یک تحلیل دینامیکی که برمبنای دستة منحصربه فردی از بردارهای ریتز وابسته به بار قرار دارد به جواب درست تری نسبت به استفاده از همان تعداد اشکال مدی دقیق می انجامد. در فصل بعد به این مطلب پرداخته می شود.

بخش سوم:

کلیات روش LDR (Load Dependent Ritz vectors)

1-3- روش جداسازی دو مرحله ای در تحلیل سازه‌ها

گام اول در تحلیل سازه‌ها با استفاده از اجزای محدود جداسازی سازه به منظور بدست آوردن مشخصات سختی، جرم و میرایی سازه برای استفاده در معادلات تعادل دینامیکی (حرکت) می باشد. سپس جداسازی جدیدی با استفاده از ترکیب توابع شکل عمومی و مستقل خطی، که از مدلسازی قبلی بدست آمده اند، برای مشخص کردن پاسخ سازه، قابل انجام می باشد.

روش کاهش دوم برای تحلیل استاتیکی خطی جالب توجه نمی باشد زیرا برای این تحلیل تنها یک گام لازم می باشد. هر چند این کاهش دوم برای تحلیل غیر خطی استاتیکی و نیز تحلیل خطی و غیر خطی دینامیکی که چندین گام باید انجام شود و در هر گام سیستمی از معادلات خطی و غیر خطی حل شود، مناسب می باشد.

1-1-3- جداسازی مسائل خطی دینامیکی به وسیلة برهم نهی مستقیم برداری

مطالعة مشخصات تغییر شکل بر اثر بارهای استاتیکی و تاریخچة زمانی پاسخ تعدادی سازة پیچیده آشکار می سازد تعداد زیادی از درجات آزادی باقی مانده در تحلیل ، غالباً توسط توپولوژی ساختمان دیکته می شود تا توسط پیچیدگی رفتار مورد انتظار. معمولاً هندسة سازه اجازة جداسازی به تعداد کمی المان نمی دهد اما می توان رفتار را به وسیلة تعداد کمی درجات آزادی مشخص نمود . این مطلب به طور کلی در مورد مسائل دینامیک سازه مانند تحلیل زلزله – که مطالعات آنالیز مودال بر روی محتوای فرکانسی و توزیع مکانی تحریک نشان داده اند، پاسخ، با تعداد نسبتا کمی از مودهای فرکانس پایین کنترل می شود - درست می باشد. در مورد تحلیل تحریکات ارتعاشی، فقط تعداد کمی از فرکانسهای متوسط ممکن است تحریک شوند. هر چند در مورد سیستمهای تحریک شدة چندگانه (Multi-Shock excited systems) اندر کنش مودهای مربوط به فرکانس‌های متوسط و بالا ممکن در طی بازة زمانی مورد بررسی اهمیت خود را حفظ نمایند. تغییر مبدأ از سیستم مختصات اصلی به سیستمهای مختصات مودال تعمیم یافته که در فرمول بندی سنتی حل مسائل بزرگ مقدار ویژه مورد نیاز است، هنگامی جالب توجه است که تعداد مودهای مشارکت کننده نسبت به درجات آزادی اصلی کم باشند.

        در حالت کلی روش تحلیل اجزای محدود، کمترین فرکانسهای دقیق را بسیار خوب تخمین می زند در حالیکه دقت کم یا عدم دقت و صحت برای تقریب شکل مودهای بالاتر و فرکانس‌های بالاتر مورد انتظار می باشد. این به علت این حقیقت می باشد که مودهای بالاتر طبیعت بسیار مغتششی دارند که ارائه آنها توسط اندازة مش بندی عملی انجام شده برای محاسبات مهندسی مشکل می باشد. بنابراین توجیه کمی برای بکارگیری پاسخ دینامیکی اشکال مودهای با فرکانس بالا، در تحلیل وجود دارد. به طور ایده‌آل مش‌های اجزای محدود باید به گونه‌ای انتخاب شود که اشکال مودی مربوط به فرکانسهای مهم ارتعاش به بهترین صورت تخمین زده شوند و سپس راه حل را می توان با در نظر گرفتن پاسخ این مودها بدست آورد. این مطلب با تحلیل برهم نهی برداری، با توجه به مودهای مهم سیستم اجزای محدود، قابل انجام می‌باشد.

برآورد فرکانسهای طبیعی اشکال مودی برای سیستم‌های سازه ای بزرگ احتیاج به مقدار قابل توجهی عملیات عددی دارد. هر چند همانطور که توسط ویلسون و همکاران (29) اشاره شده است، ممکن است اهمیت مستقیم این اطلاعات در مهندسی ارزش محدودی داشته باشد. مقادیر فرکانسی بیانگر وضعیتهای محتمل تشدید و اشکال مدی وابسته به فرکانسهای کم نشانگر این مطلب می باشند که کدام قسمتهای سازه انعطاف پذیرترین قسمتها می باشند. در اکثر موارد مقادیر تقریبی هم می توانند این اطلاعات را فراهم کند. در انجام اغلب تحلیلها، تنها دلیل برآورد بردارهای ویژة کامل و دقیق به علت استفادة جایگزین آنها برای کاهش اندازة سیستم در یک تحلیل بر هم نهی می باشد.

2-3- استفاده از بردارهای ریتز در دینامیک سازه‌ها

1-2-3- روش ریلی برای سیستمهای تک درجة‌ آزادی

ایدة اساسی در روش ریلی که برای تقریب فرکانس ارتعاش یک سیستم تک درجه آزادی استفاده می شود اصل ثبات انرژی می باشد. انرژی در یک سیستم با ارتعاش آزاد اگر نیروی میرایی برای جذب آن وجود نداشته باشد باید ثابت بماند. بنابراین ماکزیمم انرژی کرنشی در سازة الاستیک باید برابر ماکزیمم انرژی جنبشی جرم باشد. این روش قابل اعمال به هر سیستم چند درجه آزادی که قابل بیان به صورت سیستم تک درجه آزادی توسط استفاده از اشکال تغییر مکانی فرضی ریتز {X} باشد، می باشد.

                                                                                                        (1-2-3)

که در اینجا

K*= سختی تعمیم یافته:

M* = جرم تعمیم یافته:

= فرکانس تقریبی ارتعاش

می باشند.

در صورت برابر بودن {X} با  فرکانس حاصل دقیقا برابر فرکانس ناشی از حل دقیق می باشد.

2-2-3- تحلیل ریلی- ریتز برای سیستمهای چند درجة‌ آزادی

بسط ریتز از روش ریلی که به عنوان تحلیل ریلی – ریتز شناخته می شود به طور گسترده ای برای پیدا کردن تقریبی از کوچکترین مقادیر ویژه و بردارهای ویژة متناظر یک مساله ارتعاش آزاد استفاده شده است.

                                                              (2-2-3)

که در این رابطه [M],[K] ماتریس‌های سختی و جرم و بردارهای ویژه  و مقادیر ویژه یا مجذور فرکانسهای سیستم می باشند.

بردارهای ویژه  را می توان توسط تعدادی تابعهای سعی مجزای{Xi} تقریب زد بگونه ای که

                                                                        (3-2-3)

که {Xi}‌ها توابع شکل عمومی از قبل تعریف شده سیستم مختصات اصلی می باشند که بردارهای ریتز نامیده می شوند و Yi‌ها دسته ای از پارامترها می باشند- مختصات های ریتز- که مشخص کنندة سهم مشارکت هر بردار ریتز در حل می باشند.

بردارهای ریتز در (اکسترمم) فرم اساسی خارج قسمت رایلی جایگزین می شوند و دسته از Yiها، که مقادیر ثابتی بدست می دهد، جستجو می گردند. (روند این کار را می توان در منابع 3 و 12یافت) باقیمانده رایلی را می توان به صورت زیر نوشت.

                                                                              (4-2-3)

[K]* = [X] T [K][X]

[M]* = [X] T [M][X]

وضعیت پایدار منجر به حل مساله مقدار ویژه زیر می گردد.

                                                                                 (5-2-3)

بنابراین تقریب بردارهای ویژه  به صورت  می گردد.

مساله مقدار ویژة کاهش یافته ]معادلة (5-2-3)[ باعث رسیدن به r فرکانس تقریبی، ، و اشکال مدی متناظر آنها می گردد، می توان نشان داد. r مقدار ویژة حاصل از تقریب ریلی ریتز حد بالای مقادیر ویژة ناشی از حل دقیق می باشند.

روند تراکم استاتیکی، ترکیب مؤلفه ای مد، تکرار زیر فضا، و سایر روشهای گوناگون می توانند به عنوان تحلیل ریتز درک شوند. تکنیکها تنها در انتخاب بردارهای اساسی ریتز که در تحلیل فرض می شود تفاوت می کنند.

روند ریتز می تواند در فرمول بندی اجزای محدود برای کاهش تعادل دینامیکی استفاده شود. معادلات تعادل دینامیکی برای مدل اجزای محدود و با در نظرگیری {u} که بردار تغییر مکان گرهی است به صورت زیر نوشته می شود.

                                                                 (6-2-3)

که در اینجا [M] و [C] و [K] ماتریسهای مربعی n×n برای جرم، میرایی و سختی هستند و {F(s,t)} بردار بارگذاری دینامیکی تحمیل شده بر سازه می باشد که تابعی از فضا و زمان می باشد. علامت نقطه بیانگر مشتق نسبت به زمان می باشد.

بردار تغییر مکان گرهی را می توان توسط ترکیبی خطی از r بردار مستقل خطی ریتز، که r بسیار کوچکتر از n است، به صورت زیر تقریب زد.

                                                                                  (7-2-3)

که {Xi} بردارهای مستقل پایه و Yi(t) پارامترهای ناشناخته ای هستند که از حل یک سیستم کاهش یافته به صورت زیر بدست می آیند.

                                                            (8-2-3)

هدف از این انتقال بدست آوردن ماتریس جدید سختی، جرم و میرایی یعنی [K]* ، [M]*و[C]* است که در اندازه آنها کاهش داده شده(rxr) و دارای پهنای باند کوچکتری نسبت به ماتریسهای اصلی سیستم با حفظ صحت مورد نظر می باشد. بنابراین ماتریس انتقال باید با توجه به این مطلب انتخاب گردد که موفقیت روش به مقدار بسیار زیادی وابستگی به انتخاب صحیح بردارهای پایه دارد. انواع گوناگونی از این انتخابها در مقالات پیشنهاد شده اند (2، 7، 3، 23، 24). همانگونه که توسط نور (Noor) در (23) اشاره شده است دستگاه ایده آل بردارهای پایه دستگاهی است که کیفیت نتایج را حداکثر کند و تلاش کلی به دست آوردن آنها را حداقل نماید.

همانگونه که قبلا بیان شد، یکی از بهترین روشهای کاهش شناخته شده برای مسائل دینامیکی خطی «تکنیک برهم نهی مدی» می باشد که شامل انتخاب r مود ارتعاش آزاد بدون میرایی که حاصل از حل مساله مقدار ویژه به عنوان بردارهای پایه می باشد. با این انتخاب ویژه به سادگی می توان نشان داد که ماتریسهای کاهش یافته[C]* و[M]* و[K]* با فرض میرایی به صورت کسری از میرایی بحرانی،، به صورت نظری در می آیند.

                                                                 (9-2-3)

سیستم کاهش یافته به صورت r معادلة مستقل بدست می آید که هر کدام به تنهایی قابل انتگرال گیری می باشند. هر چند این یک شرط لازم برای غیر توأمان شدن معادلات دیفرانسیل نهایی در یک روش کاهش نمی باشد.

فقدان عمومیت در کدهای بر مبنای روش ریلی – ریتز به علت سختی موجود در انتخاب توابع کلی می باشد که، باعث رسیدن به جوابهایی با درجه ای از صحت مورد انتظار در یک تحلیل کامپیوتری می شوند. این وضعیت به طور چشمگیری بر محبوبیت استفاده از بردارهای ویژة دقیق را برای برهم نهی مدی افزوده است. هر چند، ویلسون و همکاران ،الگوریتم عددی ساده ای را برای ایجاد کلاس خاصی از بردارهای ریتز که در اینجا به عنوان (WYD Ritz vectors) یا بردارهای ریتز وابسته به بار نامیده می شوند را توسعه داده اند که پاسخهای با صحت بیشتر و زمان کامپیوتری صرف شدة کمتری نسبت به رهیافت سنتی بردار ویژه برای طیف وسیعی از مسائل مطالعه شده ارائه می نماید.

3-3- تولید خودکار WYD Ritz vectors برای تحلیل دینامیکی

دنباله بردارهای وابسته به بار، که برای کاهش اندازة سیستم به کار می روند، با در نظر گیری توزیع مکانی بارگذاری دینامیکی، که در استفاده مستقیم از اشکال مدی در نظر گرفته نمی شوند، محاسبه می شود.

الگوریتم در فرم حقیقی خود در شکل 1-3 نشان داده شده است. باید به این نکته توجه نمود که بارگذاری دینامیکی {F(s,t)} در معادلة (6-2-3) که برای مقدار دهی اولیه الگوریتم بازگشتی استفاده شده است،‌ به صورت ضرب بردار مکانی و یک تابع زمان نوشته می‌شود.

{F(s, t)}={f(s)} g (t)

اولین مقدار بردارهای ریتز وابسته به بار ،بردار تغییر مکانی است که از تحلیل استاتیکی با استفاده از توزیع مکانی بردار بار دینامیکی، {f(s)} به عنوان ورودی، به دست آمده است. سایر بردارها از ارتباط بازگشتی که در آن ماتریس جرم در آخرین بردار ریتز وابسته به بار ضرب می شود به دست می آیند. سپس بردار حاصله به عنوان بار برای تحلیل استاتیکی استفاده می شود. بنابراین پس از آنکه بردار سختی به صورت مثلثی تجزیه شد، فقط لازم است برای هر بردار ریتز مورد نیاز یک بردار بار به صورت استاتیکی تحلیل شود. استقلال خطی بردارهای ریتز وابسته به بار به وسیلة روند تعامد گرام – اشمیت حاصل می شود.

شکل 1-3- الگوریتم برای تولید خودکار بردارهای ریتز وابسته به بار

(فرمول بندی اولیه و اصلی که توسط ویلسون، یوان و دیکنز (29) پیشنهاد شده است.

1) ماتریسهای [M] و [K] و بردار نیرو {f} موجودند.

                               سایز سیستم

2) تبدیل ماتریس سختی به فرم مثلثی

                سیستم

3) حل برای اولین بردار

           حل برای

                  M نرمال سازی    

       i=2,….,r

4) حل برای بردارهای اضافی

(a)                    حل برای

(b)                             j=1,…,i-1   محاسبه برای

(c)                        M     متعامدسازی

(d)                               M     نرمال سازی

                  

5) متعامد سازی بردارهای ریتز وابسته به بار با توجه به ماتریس سختی (دلخواه):

حل برای مساله مقدار ویژه r*r که داریم.

  فرکانسهای تقریبی

محاسبه بردارهای ریتز وابسته به بار متعامد

تکنیک استفاده شده برای ساختن بردارهای ریتز وابسته به بار باعث ارتونرمال شدن جرم در میان بردارها می گردد به صورتی که[M]* در سیستم کاهش یافته (معادلة (8-2-3)) قطری بوده و متناظر با ماتریس همانی می شود هر چند که ماتریسهای[K]* و[C]* در حالت کلی پر می باشند.

                                                            (1-3-3)

بنابراین معادلة (1-3-3) با استفاده از روش گام به گام انتگرال گیری مستقیم و یا با معرفی انتقال اضافی برای کاهش سیستم به یک فرم قطری قابل حل می باشد.

در حالت وجود نسبت میرایی حل مساله مقدار ویژه

                                                                              (2-3-3)

گروهی از مختصات های مودی [z] ایجاد می نماید که برای قطری کردن سیستم قابل استفاده می باشند. مقدار مقادیر ویژة دقیق برای سیستم کاهش یافته و مقادیر مجذور فرکانس‌های تقریبی برای سیستم کامل می باشند. بردارهای ویژه [z] را می توان برای ایجاد دستة نهایی بردارهای ریتز وابسته به بار و متعامد استفاده کرد.

[▫X] =[X][Z]                                                                                                       (3-3-3)

دسته بردارهای[▫X]  ، نسبت به هر دو ماتریس سختی و جرم در سیستم کامل متعامد می باشند. بعضی از این بردارها می توانند تقریب خوبی از شکلهای مودی دقیق سازه باشند.

در حالت میرایی دلخواه، یک حل از مساله مختلط مقدار ویژه در صورتی که قرار باشد مختصات مودی غیر توأمان شوند لازم است. باید توجه کرد که تلاش عددی لازم برای حل سیستم کاهش یافته از درجة r (معادلة (1-3-3)) به طور معمول در مقایسه با سیستم اصلی کامل از درجة n (معادلة (6-2-3)) بسیار ناچیز می باشد.

از آنجایی که بردارهای ریتز وابسته به بار صورت خودکار در کسری از تلاش عددی لازم برای محاسبة بردارهای ویژة سیستم اصلی تولید می شوند، راهکار مؤثری برای کاهش سیستمهای سازه ای سه بعدی مانند، خاک/سازه، سد/مخزن و سکوهای دریایی که تلاش عددی زیاد و گرانبهایی برای حل به طریق مساله مقدار ویژة کلاسیک لازم دارند، می باشد.

4-3- تاثیر فرمول بندی اجزای محدود بر ایجاد بردارهای ریتز وابسته به بار

سه المان بنیادی در ایجاد بردارهای ریتز وابسته به بار، همانگونه که در شکل 1-3 نشان داده شده است، ماتریس‌های جرم، سختی و توزیع بار می باشد. ماتریسهای جرم  سختی در حالت عادی متقارن و مثبت معین می باشد هر چند ممکن است دو استثنای زیر به وجود آید:

- اگر سازه بتواند آزادانه به صورت یک جسم صلب حرکت کند (مانند هواپیما و یا کشتی) در این حالت ماتریس سختی مثبت و نیمه معین و از رتبة n-b می باشد که b تعداد حرکات مستقل جسم صلب می باشد.

- اگر هیچ جرمی به بعضی جابجایی‌های گرهی اختصاص داده نشده باشد ردیفها و ستونهای کاملا صفر در ماتریس جرم ایجاد می شود و ماتریس جرم منفرد خواهد بود.

- برای برخورد با مساله ماتریس سختی با رتبة معیوب (n-b)، ماتریس مثبت معین جابجا شده ای به صورت زیر

                                                                                                   (1-4-3)

را می توان به جای ماتریس [K] اصلی به کار برد. شیوة بردارهای ریتز وابسته به بار از نظر تئوری همان بردارها را، هر چند با ترتیبی متفاوت، برای هر ماتریس جابجا شده دلخواه به فرم معادلة (1-4-3) ایجاد خواهد کرد. بردارهای ریتز وابسته به بار به گونه ای خواهند بود مقادیر ویژه ماتریسهای سیستم کاهش یافته و بردارهای ویژه متناظر آنها ریشه‌های مدل فیزیکی را نزدیکتر به نقطة مشخص شده مورد علاقه از طیف ویژة،  ،تخمین می زنند.

تعداد کل بردارهای وابسته به بار مستقل که می توانند ایجاد شوند، شامل هرگونه مود جسم صلب موجود، برابر رتبة ماتریس جرم ،s، می باشد. بنابراین، اندازة‌ مساله کاهش یافته، r، نمی تواند از s بزرگتر باشد.

در پایان باید به این نکته توجه شود که برای سیستم‌های بزرگ و یا کلاس ویژه ای از مسائل، روشهای کاهش مختصات مانند تراکم استاتیکی و تکنیکهای زیر سازه‌سازی می توانند مقدم بر اعمال الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار، برای دستیابی به ماتریسهای سیستمی([M],[K],{f}) کوچکتر مورد استفاده در روند محاسبات بردارها، استفاده شوند. مزایای این چنین روندهای حل باید با دقت کامل ارزیابی شوند تا تعداد عملیات لازم برای حل را افزایش ندهند.

1-4-3- ماتریس جرم

دو روش برای ارائه ماتریس جرم در روش اجزای محدود وجود دارد. اول، یک ماتریس (ثابت) پایدار جرم، بر اساس همان توابع شکلی که برای فرمول بندی ماتریس سختی استفاده شده اند، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. با بیان در قالب انرژی، این بدان معناست که ارائه انرژی جنبشی هماهنگ با انرژی پتانسیل می باشد. فرکانسهای ویژه ای که با استفاده از ماتریس جرم ثابت و تحلیل ارتعاش آزاد بدست می آیند همگی فراتر از مقادیر دقیق متناظر بر مبنای تحلیل تئوری حقیقی ریلی – ریتز می باشند.

از آنجایی که رفتار دینامیکی سازه حساسیت کمتری نسبت به توزیع جرم در مقایسه با حساسیت نسبت به توزیع سختی دارد، این امکان نیز وجود دارد که جرم گسترده سازه و مصالح غیر سازه ای را با گروهی از جرمهای نقطه ای که در گره‌ها واقع هستند جایگزین کنیم. اگر این گونه ارائه جرم متمرکز شده انتخاب شود، همانگونه که این حالت عمومی در سازه‌های مهندسی عمران می باشد، مرزی برای فرکانسهای ویژه قابل بیان نمی باشد. صحت نتایج هم ممکن است به همان خوبی باشد زیرا استفاده از ماتریس متمرکز شده تمایل به افزایش مقسوم علیه در خارج قسمت رایلی، در مقایسه با روش پایدار، دارد و باعث جابجایی پاسخ به سمت نقطه شروع طیف می گردد.

مزایای محاسباتی در استفاده از جرمهای متمرکز شده آشکار هستند. مقدار حافظه مورد احتیاج کمتر و تعداد عملیات کمتر برای تولید بردارهای ریتز وابسته به بار. به علاوه، این مطلب بدین‌گونه قابل بیان شدن است که استفاده از فرمول بندی ثابت جرم فقط هنگامی ارزش دارد که وجود ضرایب همزمان سازی جرم مقدار عملیات محاسباتی لازم را به طور قابل ملاحظه ای افزایش ندهد، در غیر این صورت همان مقدار عملیاتی که به حل مساله اختصاص داده شده ، با تعداد بیشتری از متغیرهای پایه ممکن است سودمندتر باشد. چندین امکان در صورت استفاده از جرمهای متمرکز شده در ترکیب بردارهای ریتز وابسته به بار برای انتخاب بردارهای پایه وجود دارد. برای مثال با افزایش تعداد جرم‌های متمرکز شده، در حالیکه تعداد بردارهای ریتز وابسته به بار را ثابت نگه داریم، باید حل دقیق تر و صحیح تری بدون افزایش قابل توجه تلاش عددی ارائه کند.

2-4-3- بردار بارگذاری

صحت مبنای (پایة) بردارهای ریتز وابسته به بار که قرار است در کاهش مختصات یا بر هم نهی مستقیم برداری استفاده شوند به طبیعت بارگذاری سیستم مرتعش بستگی دارد. در حالت کلی، مقدار هر مؤلفه بردار، همانگونه که توسط مختصات‌های متناظر ریتز وابسته به بار بیان می شود، به ارائه هر دو عامل توزیع مکانی بار که به وسیله بردارهای مبنای کوتاه شده و محتوای فرکانس بار اعمالی در مقایسه با فرکانسهای باقی ماندة سازه، بستگی دارد.

1-2-4-3- محتوای فرکانسی

اثر فرکانس همانند شکل 2-3 قابل تصویر شدن می باشد که از مرجع (11) گرفته شده است و مشارکت نسبی نیروهای الاستیک و اینرسی را در یک سیستم تک درجة آزادی بدون میرایی را در مقابله با بارهای اعمالی که در اینجا یک بار‌هارمونیک است، نشان می دهد.

نتایج حاصله از مطالعة پاسخ این سازة یک درجه آزادی، برای تحلیل نمودن سازه‌های چند درجة آزادی نیز مناسب می باشد زیرا پاسخ کامل با برهم نهی کامل پاسخ اندازه گیری شده برای هر مختصات ریتز که مانند یک سیستم تک درجه آزادی با آن برخورد می شود حاصل می شود و نیز بارگذاری واقعی را می توان، با تجزیه فوریه، به صورت بر هم نهی مؤلفه‌های ‌هارمونیک سینوسی و کسینوسی بدست آورد.

مشاهده می شود که نیروی مقاوم اینرسی تنها برای مودهای با فرکانس پایین کافی می باشد درحالیکه برای مودهای با فرکانس‌های بزرگتر از حدود 3 برابر فرکانس بارگذاری مقاومت اصولاً الاستیک است که این بیانگر این مطلب است که مقاومت مودهای بالاتر به عنوان یک مساله استاتیک قابل محاسبه هستند.

شکل 2-3- نیروهای اینرسی و الاستیک در مقابل فرکانسهای مدی

2-2-4-3- توزیع مکانی

هنگامی که معادلات تعادل دینامیکی سیستم کاهش یافته را تشکیل می دهیم، بار دینامیکی به صورت زیر محاسبه می شود:

                                                      (2-4-3)

با توجه به معادلة (1.15)  {Fi}* ناچیز خواهد بود، اگر توزیع مکانی بار خارجی {f(s)} و بردار شکل {Xi} کاملا نامتشابه باشند و این بردار را می توان بدون کاهش صحت از پاسخ حذف کرد.

یک مثال مهم برای اینگونه رفتار در بارگذاری زلزله یافت می شود که بارگذاری زلزله در کل سازه توزیع می شود و به طور مؤثری تنها با مودهای پایین تر اندر کنش دارد.

هر چند بارهای خارجی که بر نقاط خاصی از سازه وارد می شوند تمایل به مشارکت با تمامی مدها دارند و هیچکدام به صورت دلخواه قابل حذف شدن نیستند. اگر بارگذاری اساساً فرکانس پایین باشد، ایدة شکل قبل قابل اعمال است و مدهای بالاتر همانند بارهای استاتیکی پاسخ خواهند داد.

بخش چهارم:

ارتباط بین الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار و روش Lanczos

روش‌های عالی توسعه یافته انتقال برای سیستمهای کوچک (گیونس، هوس هولدرز (Householders)، QR یا LR) برای مسائل از مرتبة بزرگ مقادیر ویژه که در تحلیل ارتعاش سازه ای حادث می شوند به دلیل آنکه نمی توانند از مزیت پراکندگی استفاده کنند، سودمند نمی باشند. در طی 25 سال گذشته تلاش بسیار زیادی برای توسعة روشهای تکرار برداری به منظور حل مسائل ویژه بزرگ و پراکنده، صورت گرفته است. روش تکرار زیر فضا به صورت رهیافتی استاندارد برای مواجهه با تحلیل مقدار ویژة سیستم‌های ساختمانی بزرگ پدید آمده است و در چندین کد برای کامپیوترهای Main frame مانند (2.3) SAP-IV, (2.8) ABAQUS, (2.1) ADINA مورد استفاده قرار گرفت. در حدود سالهای 86 توجه زیادی به روش Lanczos، که به خودی خود تکنیکی تکراری نیست، برای بدست آوردن یک الگوریتم عملی که به عنوان جایگزینی برای حل ویژه قابل استفاده باشد، اختصاص یافت. در این فصل به مقایسة اجمالی این روش (Lanczos) و روش بردارهای ریتز وابسته به بار می پردازیم.

1-4- روش Lanczos

روش Lanczos  ابتدا به عنوان روشی برای تبدیل ماتریسها به ماتریسهای سه قطری یعنی ماتریسی که تنها اعضای روی قطر اصلی، خط بالا و پایین آن غیر صفر هستند پیشنهاد شد. دنباله ای از بردارهای تکرار به وسیلة پیش ضرب در ماتریسی که قرار است کاهش یابد تشکیل می شوند. هر بردار با توجه به دو بردار قبلی خود متعامد می شود، می توان نشان داد این متعامد سازی برای حصول تعامد با تمام بردارهای قبلی کافی خواهد بود. ضرایب از روند متعامدسازی محاسبه می شوند سپس ترکیب می شوند تا بعد از آنکه n بردار حساب شدند n) درجة سیستم می باشد) ماتریسی سه قطری تشکیل دهند که از نظر تئوری همان مقادیر ویژة ماتریس اصلی را دارا باشند. الگوریتم Lanczos که به حل مساله مقدار ویژه عمومی به فرم زیر

                                                                                        (1-4)

اعمال می شود. در شکل 1-4 نشان داده شده است. در روش Lanczos بردارهای محاسبه شده به صورت متقابل متعامد هستند. هر چند توسعه‌های اولیة روش دچار اختلال شدند و این بدان علت است که متعامد سازی ضمنی در عمل با شکست مواجه می شود و اعمال روشهای متداول متعامدسازی بر حل ویژة کامل ماتریس سیستم مزیت محاسباتی این روش را کاهش می دهد. شماهای گوناگونی برای غلبه بر مساله فقدان تعامد پیشنهاد شده اند و برنامه‌های قابل اعتمادی هنگامی که حل ویژة جزئی از یک ماتریس بزرگ مد نظر باشد توسعه داده شده اند (25 و21).

کاربرد سنتی روش Lanczos برای حل معادلات تعادل دینامیکی شامل اعمال الگوریتم برای محاسبة تعداد مشخص (m) از مقادیر ویژة دقیق و بردارهای ویژة متناظر برای غیر توأمان کردن معادلات حرکت بوده است.

بردار آغازین معمولا به صورت تصادفی انتخاب شده و اطلاعات مهم ویژة مساله دینامیکی را نادیده می گیرد سپس به صورت نمونه اعمال زیر انجام می شوند:

شکل 1-4- روش Lanczos برای حل مساله مقدار ویژه عمومی

1) ماتریسهای جرم و سختی موجود [M] و [K]

[M] , [K]                             n*n      اندازه سیستم

2) مثلثی کردن ماتریس سختی

                سیستم

3) انتخاب بردار آغازین دلخواه

         M نرمال سازی    

              

4) حل برای بردارهای اضافی با i=2,…,r

(a)                 حل برای

(b)             

(c)                        M     متعامدسازی

(d)                               M     نرمال سازی

                  

5) ساختن ماتریس سه قطری

برای نمونه r=2m که m تعداد مقادیر ویژه مورد نیاز است.

6) محاسبه مقدار ویژه و بردارهای ویژه ماتریس

7) بسط بردارهای ویژه به کل اندازه سیستم

- سه قطری سازی Lanczos کوتاه شده با ساختن ماتریس r)[Tr] به اندازه ای بزرگ انتخاب می شود که تقریب خوبی از m مقدار ویژة اولیه قابل محاسبه باشد مثلاً (r=2m).

- استخراج مقادیر ویژه به روش QR از سیستم سه قطری کاهش یافته.

- تکرار معکوس برای بدست آوردن بردارهای ویژه از سیستم کاهش یافته

- بسط بردارهای ویژه به کل اندازة سیستم

صحت حل ویژه و همگرایی روش Lanczos به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر محتوای طیفی بردار آغازین{X1} ، تعداد بردارهای r تولید شده با استفاده از این روش و بازة مقادیر ویژه مساله ویژه قرار دارد. با بررسی مجدد عملکرد و کارایی الگوریتم ملاحظات زیر بر روی هر کدام از عوامل مؤثر بر همگرایی قابل بیان کردن می باشند:

 (a محتوای طیفی بردار آغازین

اگر بردار{X1} و بردار مورد نیاز متعامد باشند، بردار و مقدار ویژة متناظر به وسیله حل پیش بینی شدة ویژه ،حذف خواهند شد. یک پی‌آمد مستقیم این خاصیت آن است که اگر بردار{X1} در بعضی از مؤلفه‌های بردار ویژه ناکارآمد می‌باشد و در یک زیر فضای   iبعدی از فضای n بعدی فرم گرفته شده توسط عملگرهای (M) و (K) قرار می گیرد، بردار  {Xi+1} از نظر تئوری تهی می باشد.

 (b تعداد بردارهای تولید شده با استفاده از این روش

صحت تقریب با افزایش تعداد بردارهای تولید شده، r، افزایش می‌یابد اگر r=n ، درجه سیستم کلی، ‌باشد یا اگر مؤلفه‌های بردارهای ویژة تا  در بردار اولیه (آغازین) حاضر نباشند آنگاه کوچکترین r مقادیر ویژه و بردارهای متناظر به صورت کاملاً دقیق پیش بینی می شوند.

(c بازة مقادیر ویژة مساله ویژه

         صحت جفتهای ویژه (مقدار ویژه و بردار ویژه) تا حدی نیز به بازة مقادیر ویژة از مساله ویژة عمومی بستگی پیدا می کند. هر چه این بازه بزرگتر باشد صحت به کارگیری روش Lanczos هم بیشتر می باشد.

روش Lanczos یک روش تکراری نمی باشد. بنابراین تحلیل گر با انتخاب r بزرگ، کنترل کمی بر روی صحت نتایج دارد. برای حصول اطمینان از حل ویژة درست غالباً این روند با یکسری محاسبات کنترل حد خطا و کنترل توالی استورم همراه است تا اطمینان حاصل شود هیچ مقدار ویژه ای به طور کامل از دست نرود.

2-4- خواص اساسی بردارهای ریتز وابسته به بار

چادهری(1. (Chowdhuryپیشنهاد نموده است که بردارهای Lanczos در محاسبات پاسخ دینامیکی می توانند به جای مدهای نرمال به عنوان متغیرهای اصلی استفاده شوند اما این ایده را توسعه نداد. همانگونه که قبلاً عنوان شد، ویلسون و همکاران ایدة تولید دسته ای از بردارهای متعامد برای استفاده از نوع آنالیز ریتز به عنوان روشی در کنار برهم نهی مدها را مستقلاً توسعه دادند، با مقایسة الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار که در شکل 1-3 و روش Lanczos که در شکل 1-4 نشان داده شده است. مشاهده می شود که عناصر اصلی هر کدام عبارتند از:

(a  دنباله بردارها از رابطه زیر بدست می آید:

                  (2-4)

که برای ریاضیدانان به عنوان زیر فضای کریلف (Krylov) شناخته می شود.

(b روش انتقال ریلی – ریتز برای بدست آوردن تقریبی از مساله مقدار ویژه.

باید به این نکته توجه شود که دنبالة برداری بالا، هر گاه بدون متعامدسازی بدست آید، به بردار ویژة متناظر با کوچکترین مقدار ویژه همگرا می شود که در حرفة مهندسی عمران روش تکرار stodola نامیده می شود.

روش Lanczos و بردارهای ریتز وابسته به بار به همراه به کارگیری دنبالة Krylov و متعامدسازی گرام – اشمیت در هر گام، به دسته ای از بردارهای ارتونرمال [M] برای کاهش اندازة سیستم معادلات دینامیکی به تعداد کوچکی از مختصات عمومی منتج می شود. همانگونه که دیده می شود این دو روش توازی دارند و الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار شبیه به روش تولید بردارهای Lanczos می باشد. هر چند باید توجه شود که فلسفة انتخاب بردار آغازین که برای مقدار اولیه دادن به الگوریتم تکراری و استفادة بعدی پایه برداری که کاهش معادلات تعادل دینامیکی، که روش بردارهای ریتز وابسته به بار پیشنهاد شده است، جدید می باشد.

3-4- نکاتی در مورد تعامد بردارهای پایة ریتز وابسته به بار

در عمل، در محاسبة سیستمهای بزرگ مشاهده شده است، که بردار {Xi} ممکن است به دلیل خطای گردکردن و توقف روند گرام – اشمیت نسبت به [M] متعامد نباشد. استفاده از بهینه سازی‌های تکراری متعامدسازی در یک مقیاس محلی با بردارهای  {Xi-1},{Xi-2}و هر گاه لازم باشد در یک مقیاس عمومی با تمام بردارهای فرم یافتة قبلی به طور مؤثری برای غلبه بر ناپایداری عددی روش گرام – اشمیت به کار گرفته شد‌ه است.

الگوریتم استفاده شده برای تولید بردارهای ریتز وابسته به بار، بنابراین مشابه روش استفاده شده برای بدست آوردن بردارها Lanczos می باشد که برای آن بردار آغازین که برای مقداردهی اولیة رابطه تکراری استفاده می شود از توزیع مکانی بارگذاری دینامیکی بدست آمده است. به علاوه، در رهیافت بردارهای ریتز وابسته به بار، با پیشرفت پروسه الگوریتم، متعامدسازی مجدد و کامل نسبت به تمامی بردارهای قبلی برای هر بردار جدید اضافه شده به پایه انجام می گردد. هر چند نشان داده خواهد شد که این در حالت کلی برای اطمینان از تعامد نسبت به [M] کافی نمی باشد.

4-4- تحلیل سیستمهای با میرایی

هنگام استفاده از روش اجزای محدود ایجاد ماتریس میرایی به علت کمبود اطلاعات در مورد مکانیزمها و سطح میرایی در سازه مشکلات خاصی به همراه دارد.  اگر مکانیزمهای میرایی به میرایی درونی یا مادی محدود شده باشد و سازه از یک مادة همگن ساخته شده باشد آنگاه ماتریس میرایی به صورت نسبتی از ماتریس سختی خواهد بود. برای سازه‌های ساخته شده از دو مادة همگن یا بیشتر یا در مسائل اندرکنش مانند سیستمهای خاک/سازه یا سیال/ سازه هر مؤلفه ماتریس میرایی ممکن است نسبتی از مؤلفه متناظر در ماتریس سختی باشد اما به علت آنکه این ثابتهای این تناسب تفاوت می کنند ماتریس میرایی به صورت نسبتی از ماتریس سختی نخواهد بود. اگر قرار باشد برای سیستم حل به طریق برهم نهی مستقیم برداری استفاده گردد این گونه سیستمها که ماتریس میرایی به صورت نسبتی از ماتریس سختی نمی باشد نیازمند توجه ویژه ای می باشد.

1-4-4- روند حل برای میرایی متناسب (با ماتریس سختی)

معادله تعادل اساسی که از روش اجزای محدود برای مساله ارتعاش آزاد با میرایی حاصل می گردد را در نظر بگیرید.

                                               (3-4)

اگر روش مد نرمال استفاده گردد، بر اساس رابطه زیر، بردارهای ویژة مساله ارتعاش آزاد با میرایی برای قطری کردن ماتریس سختی و جرم سیستم استفاده خواهد شد.

                                                                                       (4-4)

                                                  (5-4)

عبارات میرایی در صورتی که         ماتریس قطری باشد، غیر همزمان می گردند. برای رسیدن به غیر همزمانی میرایی ماتریسهای در معادلة (3-4) باید به طور مشترک یک فضای ویژه (Eigenspace) دارا باشند. با توجه به تحلیلهای ریاضی دو بردار [B] و [A] در صورتی که قابلیت جابجایی داشته باشند یعنی [A][B]=[B][A] آنگاه به اشتراک یک فضای ویژه دارند. بنابراین شرط لازم و کافی برای غیر همزمانی میرایی عبارت است از:

                                             (6-4)

در حالت کلی این شرط ارضا نمی گردد ولی Caughey نشان داده است که با توصیف ماتریس [C] به صورت نسبتی از [K], [M] مطابق با

                                                                               (7-4)

ماتریس کاهش یافته میرایی [C]* قطری خواهد بود. در اکثر تحلیلها با استفاده از روش مد نرمال ماتریس میرایی [C] به صورت صریح فرم نمی گیرد ولی در عوض فرض می گردد که میرایی نسبتی از جرم و سختی می باشد، به گونه ای که:

                                                                                    (8-4)

که در اینجا یک پارامتر میرایی مدی می باشد و ، دلتای کرونکر می باشد.

اگر نیاز باشد ماتریس میرایی [C] به صورت صریح فرم گیرد مهم است که حالت ویژه ای از معادله
(7-4) با استفاده از i =0, 1 خواهیم داشت.

                                                                      (9-4)

که به عنوان میرایی ریلی شناخته می شود. ثابتهای a0و a1، ثابتهای تناسب و دلخواه می باشند که به ماتریسهای [K],[M] سیستم کامل اعمال می گردند. نسبت میرایی مودال برای هر مد را می توان به صورت زیر تعریف نمود.

      (10-4)

از معادله (10-4) مشاهده می شود که مدهای پایین تر به صورت عمده توسط میرایی متناسب با جرم میرا می گردند و مدهای بالاتر توسط میرایی متناسب با سختی میرا می گردند ثابتهای a0 و a1 طوری انتخاب می شوند تا هر چه نزدیکتر، سطح میرایی برای مودهایی که در محدودة فرکانس مهم برای پاسخ سازه واقع هستند، بدست آید. میرایی ریلی روشی مناسب برای معرفی ایده میرایی ارائه می کند زیرا هیچ حافظه اضافی به علت آنکه ماتریسهای [K],[M] از قبل موجودند، نیاز نمی باشد. ماتریس میرایی [C] همان خواص تعامد [M],[K] را دارا می باشد.

یک مشاهده مهم، از دید عددی، اگر بیشتر از دو ثابت تناسب (  a0و a1به علاوه بقیه) استفاده شوند، آنست که ماتریس [C] در حالت کلی پر خواهد بود و این بدان معنی است که فرم نواری [K],[M] از دست خواهد رفت. این مطلب اگر ماتریس [C] به طور صریح فرم یابد نیاز به حافظه بیشتری دارد و اگر روش حل گام به گام روی سیستم کاهش نیافته انجام گیرد انجام اعمال به طور قابل ملاحظه ای بیشتر، مورد نیاز می باشد. بنابراین در اکثر تحلیل‌ها به وسیله انتگرال گیری مستقیم میرایی ریلی استفاده می گردد.

معادلات تعادل کاهش یافته اجزای محدود با میرایی ریلی با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار [X] به عنوان بردارهای تبدیل ماتریس میرایی کاهش یافته زیر را ارائه   می کند.

                                                                                         (11-4)

ماتریس [K]* در حالت کلی پر خواهد بود و ماتریس [C]* نیز همان مکان شناسی (topology) ماتریس [K]* را دارا می باشد.

معرفی ماتریس اضافی [Z] برای متعامدسازی بردارهای ریتز وابسته به بار با توجه به ماتریس سختی ‌، همانگونه که قبلا شرح داده شد سیستم کاهش یافته را قطری خواهد کرد.

                                                                                         (12-4)

       اگر حل در سیستم مختصات Lanczos روی یک سیستم با میرایی ریلی انجام گردد خواهیم داشت:

                                                                                        (13-4)

بنابراین ماتریس کاهش یافتة میرایی [C]* سه قطری خواهد بود. اگر بیشتر از دو عبارت در سری Caughey (معادلة (7-4)) محاسبه گردد، ماتریس کاهش یافتة میرایی [C]* این خاصیت سه قطری خود را از دست می دهد و در حالت کلی پر خواهد بود.

2-4-4- روند حل برای میرایی غیر متناسب

هنگامی که ماتریس غیر متناسب میرایی با توجه به خواص میرایی مؤلفه‌های گوناگون در سازه مشخص گردید راه حل عددی مناسبی برای حل معادلة تعادل

                                                                     (14-4)

با توجه به این محدودیت که مدهای نرمال بدون میرایی، یا بردارهای ریتز وابسته به بار متعامد با جرم یا سختی سیستم را قطری نخواهند کرد، باید پیدا شود. روندهای حلی که اکثراً استفاده می‌شوند عبارتند از:

- روش انتگرال گیری مستقیم با استفاده از مختصات هندسی اصلی یا یک دسته از مختصات عمومی ریتز کاهش یافته.

- روش برهم نهی برداری با استفاده از بردارهای شکل مختلط یا توابع حقیقی به همراه نسبتهای میرایی وزن دار.

یک روش واضح برای تحلیل سازه‌های با میرایی غیر متناسب انتگرال گیری مستقیم معادلات حرکت توأمان توصیف شده در مختصات مجزای اصلی می باشد. مهمترین اشکال این روش آنست که تمامی معادلات حرکت باید در آنالیز استفاده گردند که نیاز به محاسبات عددی زیادی دارد.

برای بدست آوردن یک حل کارآمدتر روند انتگرال گیری مستقیم روی یک سیستم کاهش یافته که با مختصات عمومی ریتز معرفی می شود توسط کلاف و مجتهدی (9) پیشنهاد شده است. کلاف و مجتهدی در ارائه روش خود گروهی از کوچکترین اشکال مدی دقیق یک مساله ارتعاش آزاد را به عنوان بردارهای تبدیل برای بدست آوردن یک سیستم توأمان کاهش یافته که انتگرال گیری خواهد شد استفاده کردند.

سیستم کاهش یافته توأمان مرتبة بسیار کوچکتری نسبت به سیستم اصلی خواهد داشت به طوری که یک حل اقتصادی برای مساله ای با گامهای زمانی کوتاه روی یک رکورد بلند بارگذاری همچنان امکان پذیر می باشد، در حقیقت، شاید روندی با استفاده از الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار که در شکل 1-3 ارائه شده اند برای تولید بردارهای تبدیل، حتی باعث رسیدن به تکنیک حل کارآمدتری گردد زیرا این بردارها نسبت به بردارهای ویژة دقیق اقتصادی‌تر می باشند. این روش عددی روی یک تیر برشی آزمایش شده و ثابت گردیده که بسیار کارآمد می باشد.

         معادلات حرکت یک سازه یا میرایی غیر متناسب را می توان با استفاده از حل مساله ویژة مختلط هم غیر توأمان نمود.

                                                            (15-4)

در چنین حالتی شکلهای مدی مختلط و فرکانسهای مختلط شامل مؤلفه‌های داخل فاز و خارج فاز می باشند که گویی مساله ویژه اساساً از مرتبة 2n بوده است. رهیافتی مشابه برای قطری کردن سیستم کاهش یافته، شرح داده شده در بردارهای ریتز وابسته به بار به وسیلة [M]* و [C]* و [K]* می تواند استفاده گردد، پس بعد از آن، مرتبة مساله ویژه 2r خواهد بود که r تعداد بردارهایی می باشد که در عمل تبدیل حفظ می گردند.

عمده ترین حسن این روند غیر توأمان سازی نسبت به انتگرال گیری مستقیم از سیستم توأمان یک حل دقیق ریاضی در صورتی که یک تابع بارگذاری تقریبی معرفی شود، می باشد. حل معادلات دیفرانسیل غیر توأمان که تحت تاثیر بارهای دینامیکی که توسط یک سری از خطوط مستقیم در میان بازه‌های مساوی یا نامساوی زمانی ارائه می شود، قرار گرفته اند، به فرم بسته قابل فرمول بندی می باشد. این توصیف تقریبی بار عموماً برای هر گونه رکورد گذرای رقمی شده استفاده می گردد. مشکل روش انتگرال گیری مستقیم برای سیستم توأمان آن است که پاسخ دینامیکی عموماً در معرض طویل شدگی زمان تناوب و زوال دامنه با افزایش زمان می باشد.

اشکال عمدة روش ویژه (eigenmethod) آنست که اندازه مساله ویژة بزرگتری باید در نظر گرفته شود و نیز لازم است در پاسخ دینامیکی با اعداد مختلط کار شود.

5-4- فلسفة اساسی فراسوی بردارهای ریتز وابسته به بار

اگر هدف محاسبات ، حل ویژه صحیح است متوجه می شویم، با استفاده از روش Lanczos، تعداد مختصات‌های عمومی در سیستم کاهش یافته، r، باید بسیار بزرگتر از تعداد مدهای ، m، باقی مانده در مجموع بر هم نهی مودال باشد. از دید عدم اطمینان موجود در بارگذاری، به ویژه برای تحلیل زلزله، آشکار می شود، هزینة اضافی ناشی از استخراج مدهای بالاتر و مدهای صحیح تر واقعاً ارزشی ندارد، یک روش عددی که برای ارائه درست بارگذاری مشخص و پاسخ ناشی از آن با حداقل عملیات عددی تدوین شده باشد حتی اگر حل ویژة دقیقی ارائه نکند، باید برای مصارف طراحی کافی تلقی گردد.

هدف روش بردارهای ریتز وابسته بار بدست آوردن یک حل دقیق از مساله ویژه (eigenproblem) ارتعاش آزاد نیست بلکه تشکیل یک پایه برداری دقیق وابسته به بار برای تبدیل معادلات تعادل دینامیکی به فرم مناسب تری برای حل می باشد. سپس حل دستة تبدیل شدة معادلات، به تعداد مشخص مختصات ریتز وابسته به بار، توسط هر روش استاندارد عددی که در دینامیک سازه‌ها استفاده می گردد مانند روش انتگرال گیری مستقیم گام به گام، تحلیل در حوزة فرکانس یا تکنیک طیف پاسخ قابل انجام است. پس اگر یک حل برهم نهی برداری انتخاب گردد تعداد مختصات ریتز وابسته به بار استفاده شده در تبدیل به طور نمونه مشابه تعداد بردارهای نگهداری شده در جمع‌بندی برای رسیدن به یک تکنیک حل بهینه خواهد بود.

در تئوری هنگام استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار تنها بردارهایی که با الگوی بارگذاری مکانی تحریک می شوند ایجاد می گردد در حالیکه بعضی از بردارهای ویژة دقیق ممکن است تقریبا نسبت به الگوی بارگذاری مکانی متعامد باشند و در پاسخ اشتراک چندانی نداشته باشند. نتایج عددی به وضوح نشان می دهند که یک حل دینامیکی که به طور مستقیم با بردارهای ریتز وابسته به بار کار می کند، یا در مختصات Lanczos که از بردارهای ریتز وابسته به بار بدست آمده است ، بسیار کارآمدتر از روش حل مقادیر ویژه برای مسائل مورد بررسی می باشد.

بخش پنجم:

توسعة تخمین خطا برای روش کاهش بردارهای ریتز وابسته به بار

روش‌های کاهش در صورت عدم استفاده کارا از تخمین‌های خطا قابل اطمینان نمی باشند. در روشهای کلاسیک برهم نهی مستقیم بردار برای سیستمهای خطی، تنها تقریباتی از مدهای کوچکتر سازه استفاده می گردد. حتی اگر علاقه به فرکانسهایی نزدیک به مقداری خاص برای بررسی وضعیت تشدید حاصل از نیروهای نوسانی باشد، فرکانسهای مشخص شده باید در انتهای پایین طیف (lower end) باشند. بخاطر اینکه تقریباتی که در ایده‌آل سازی فیزیکی به وسیله اجزای محدود صورت می گیرد باعث می شود فرکانسهای بالاتر در مدل ریاضی اشتباه باشند. بنابراین مدهای بالاتر از تحلیل خارج می گردند و باید کنترل گردد که بردارهای باقیمانده به درستی توزیع مکانی را ارائه می کنند و به طور مؤثر و ممکن محدودة فرکانس بارگذاری اعمال شده را پوشش می دهند.

در این قسمت تخمین‌های خطا برای حصول اطمینان از اینکه بارگذاری مشخص شده به درستی توسط پایة ریتز وابسته به بار نشان داده می شوند و نیز برای سنجش ارتباط میان حل ریتز وابسته به بار در سیستم کاهش یافته و حل ویژة دقیق در سیستم اصلی ارائه می گردد. تشبیهی بین روش کاهش ریتز وابسته به بار و روشهای شناخته شدة تصحیح استاتیکی و شتاب مودی که برای بهبود مجموع یابی مودی در هنگام کار بر روی گروه بردارهای کاهش یافته استفاده می شوند، بسط خواهد یافت. در نهایت بعضی توجهات به فرکانس در روند تخمین خطا مورد بحث قرار خواهند گرفت.

1-5- تخمین‌های خطای مکانی برای ارائه بارگذاری

یک جنبة مهم از برهم نهی مستقیم بردار برای حل معادلات تعادل دینامیکی تعلق به تعداد بردارهایی که باید در تحلیل باقی بمانند، دارد. هر چه تعداد بردارهایی که برای یک حل رضایت بخش باید در حل بمانند افزایش یابد، هزینة تحلیل به سرعت افزایش می یابد.    ساده ترین راه برای آنکه بفهمیم چه تعداد بردار، یا مختصات عمومی، در تحلیل اجزای محدود باید باقی بمانند، استفاده از حل تکراری می باشد که بردارهای جدید را تا رسیدن به همگرایی، به حل اضافه نماییم. واضح است که این روش حتی برای سیستمهای کوچک اقتصادی نمی باشد. رهیافت بهتر توسعة یک معیار خطا در سطحی از الگوریتم ایجاد بردار، برای مشخص کردن زمان توقف تولید بردار جدید و حصول اطمینان از همگرایی برای مقادیر دلخواه پاسخ می‌باشد.

2-5- ارائة بارگذاری به وسیلة پایه بردارهای ریتز وابسته به بار

هانستین و بل (16) نشان دادند موارد عدم صحت در کوتاه کردن مودی توسط حذف مؤلفه‌های بار متعامد بر مدهای موجود در حل به وجود می آید. ایدة اصلی برای اندازه گیری قسمتی از بردار نیروی خارجی که در مجموع برهم نهی بردار وارد نشده است ،  بسط بردار بار در قالب پایة بردارهای کوتاه شده و تعریف معیارهای خطا که تابع باقیمانده‌ها Residual می باشند، است.

دستة کاملی از بردارهای ریتز متعامد بر جرم پایه ای برای فضای خطی n بعدی تشکیل می دهند بنابراین یک بردار دلخواه مانند توزیع مکانی بارگذاری {f(s)} را می توان به صورت زیر نوشت.

                                                                                           (1-5)

با پیش ضرب معادلة (1-5) در[X]T و استفاده از شرط ارتونرمال بودن نسبت به M، یعنی  خواهیم داشت.

[X] T {f(s)}={p}                                                                                                (2-5)

با جایگزینی (3.2) در (3.1) داریم:

{f(s)}=[M][X][X]T{f(s)}                                                                  (3-5)

بنابراین توزیع مکانی بارگذاری را می توان توسط سری محدود زیر توصیف نمود.

                                                                                       (4-5)

در جایی که ضریب مشارکت برداری،  ، به صورت زیر تعریف می شود:

                                                                                               (5-5)

در استفاده از بردارهای ویژة دقیق یا بردارهایی ریتز وابسته به بار در یک تحلیل برهم نهی مستقیم، ضریب مشارکت نمایانگر مستقیم آن است که آیا، {Xj}، در حل دینامیکی دخالت خواهد کرد یا نه. ضریب مشارکت، pj، بنابراین ممکن است به صورت مختصات بردارهای بار توصیف شده در قالب بردار دیده شود. بنابراین خطا در ارائه بار به وسیلة تعداد کاهش یافته بردارهای باقیمانده، r، ممکن است به صورت زیر تعریف شود.

                                            (6-5)

       باید به این نکته توجه شود که از صحت معادلات (3-5) تا (6-5) با استفاده از بردارهای شکلی،{Xj} که تنها نسبت [M] ارتونرمال می باشد اطمینان حاصل می گردد. اگر ما بردارهای ریتز وابسته به بار متعامد با [M] و [K] را، ، به جای ماتریس بردار [X] در معادله (3-5) جایگزین کنیم خواهیم داشت:

                                                                            (7-5)

با استفاده از ، در جایی که [X] بردارهای ریتز وابسته به بار می باشند که تنها متعامد بر جرم هستند، خواهیم داشت:

{f(s)}=[M][X][Z][Z]T[X]T{f(s)}                                                                        (8-5)

                                                                  (9-5)

که

                                                                     (10-5)

که pjضریب مشارکت برای بردارهای متعامد با [K] و [M] می باشد ماتریس Z در معادلة (8-5) بردارهای ویژة سیستم کاهش یافته، و به گونه ای نرمال شده اند که

یا

                                                                                                        (11-5)

با جایگزینی معادلة (3.11) در (3.8) داریم.

{f(s)}=[M][X][X]T{f(s)}                                                                                   (12-5)

معادلة (12-5) دقیقاً شبیه معادلة (3-5) که قبلاً بدست آمده می باشد. با استفاده از یک دستة بردار کاهش یافته می توانیم بنویسیم.

                                                   (13-5)

حقیقت مهم در مورد معادلة (13-5) آنست که برای تعداد ثابت بردارهای باقی مانده، r، دقیقاً مقادیر مشابهی برای {fr(s)} با استفاده از بردارهای تنها متعامد بر جرم،{Xj} و یا با استفاده از بردارهای متعامد بر [M] و [K] یعنی {▫Xj}به دست می آوریم. برای به کارگیری عملی الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار این بسیار حایز اهمیت است زیرا اگر قرار باشد سیستم کاهش یافته قطری شود، قبل از حل مساله ویژة کاهش یافته می توانیم بدانیم خطای موجود در ارائه بارگذاری حاصل شده از پایه بردار نهایی [▫X]چه خواهد بود.

بسطی از ارائه بارگذاری برای انجام تحلیلهای سه بعدی عمومی تر لازم می باشد. در این حالت بارگذاری را می توان به صورت زیر نوشت:

                                                                                   (14-5)

که در اینجا  توزیع مکانی درj امین جهت y , x) یا z) وgj(t) تابع زمانی متناظر با آن می باشد.

اولین رهیافت تحلیلی ممکن است شامل اعمال علامت مجموع در معادله (14-5) بر سطح محاسبات پاسخ باشد. بنابراین الگوریتم بردارهای ریتز وابسته به بار برای هر محور با استفاده از {fx(s)},{fy(s)},{fz(s)} به عنوان توزیع بار اولیه برای بدست آوردن پایة بردار سه بعدی اجرا می شود که با برهم نهی آنها پاسخ کلی بدست می آید. این روش هنگامی کارآمدترین است که بردارهای بارگذاری متناظر با بردارهای اصلی سازه باشد به گونه ای که در هنگامی که سازه تحت تحریکات مستقل قرار می گیرد همزمانی در پاسخ نداشته باشیم.

تجربیات عددی واقعی در مورد پاسخ لرزه ای یک سازة سه بعدی  نشان داده است که علامت مجموع را می توان به صورت مؤثری در سطح توزیع بار اولیه، برای ایجاد یک پایة برداری ریتز وابسته به بار که از بردار اولیه زیر ساخته شده‌اند، اعمال کرد.

{f(s)}={fx(s)}+{fy(s)}+{fz(s)}                                                                           (15-5)

باید دقت شود که هرچند یک پایة برداری در تمام محاسبات قابل استفاده می باشد، بسیار مهم است که برای پایداری در محاسبات خطا جهت پذیری بار نیز در نظر گرفته شود، یک ارزیابی مستقل برای ارائه بارهای دینامیکی بدست آمده توسط پایه کوتاه شده برای جهات «X»،«Y»  و«Z» باید انجام شود. برای مثال، اگر جهت پذیری در تحلیل سه بعدی منظور نگردد، ضریب مشارکت، pj ، که از{Xj}T{f(s)} بدست آمده است، که {f(s)} از معادلة (15-5) بدست می آید برابر خواهد بود با:

pj=px,j+py,j+pz,j                                                                                                                                    (16-5)

با جایگزینی (16-5) در (13-5) داریم.

                                                           (17-5)

آشکار است که این معادله با توجه به راستای بارگذاری خاص جوابهای ناپایدار می‌دهد زیرا ضرایب مشارکت اعمال شده به هر مؤلفة بردار[M]{Xj} در جهات x, y, z باید ضریب مشارکت متناظر همان جهت باشد و نه مجموع ضرایب مشارکت در تمامی جهات.

بردار{Er(s)} که توسط معادلة (6-5) تعریف می شود خطای مکانی در ارائه بارگذاری به علت کوتاه کردن پایه بردار می باشد. به علت آنکه{Er} یک بردار با مولفه‌های منفرد می باشد توسعه یک روش درک مستقیم برای مقدار بردار نیرویی که در محاسبات حذف شده است، مشکل می باشد.

دو پیشنهاد مختلف، که جهت پذیری بارگذاری را در نظر می گیرند، برای اندازه گیری خطا در ارائه بارگذاری به علت کوتاه شدگی پایه بردار ارائه خواهد شد.

3-5- تخمین‌های خطا با استفاده از مجموع بارهای ارائه شده

برای تحلیل زلزله، یک جرم مؤثر که متناظر با جزئی از کل جرم پاسخ دهنده به زلزله در هر مود می باشد به عنوان نمایانگر خوبی از مشارکت نسبی یک مود خاص در کل پاسخ سازه به طور معمول استفاده می گردد. یک بسط نمونه در جهت «X» هنگام استفاده از بردارهای ویژة دقیق و ارتونرمال نسبت به جرم، به عنوان بردارهای پایه، در زیر نشان داده شده است.

بارگذاری  {fx(s)}، که در جهتX   عمل می کند، به صورت زیر تعریف می شود.

{fx(s)}=[M]{rx}                                                                                                 (18-5)

در جایی که [M] ماتریس جرم و {rx} بردار تاثیر متناظر با تغییر مکان بدست آمده در هر درجة آزادی سازه به علت یک  تغییر مکان واحد در پایة ساختمان در جهت «X» می باشد. ضریب مشارکت مودی برای مود j به صورت زیر تعریف می شود.

                                                                                        (19-5)

کل جرم در جهت «X» توسط رابطه زیر داده می شود.

mxx={rx} T [M]{rx}                                                                          (20-5)

برای یک بردار پایة کوتاه شده که شامل r مود می باشد تطبیق mxx به صورت

                                                                                       (21-5)

انجام می گردد. مقدار متناظر با نسبتی از کل جرم، در جهت x، که توسط مشارکت مودی بردار ارائه شده می باشد و بسط کامل معادله (21-5) در کلاف و پنیزین یافت می شود. بنابراین مقدار مجموع توزیع مکانی بارگذاری در جهتX می باشد که توسط گروه مدی ارائه شده است. درصد کل جرم،، که باید در به منظور همگرایی رضایت بخش، باقی بماند به نوعی جای بحث دارد اما برای مثال دستورالعمل 2800 پیشنهاد می کند حداقل باید 90% استفاده گردد.

عمومی کردن این معیار برای توزیع مکانی بار دلخواه طبیعی می باشد. با استفاده از معادلة (3-5) با یک دسته بردار کوتاه شدة  وابسته به بار[Xr] برای نوشتن عبارتی شبیه به  و به فرم کامل و جمع‌بندی در جهتX  توسط پیش ضرب در{rx}T داریم.

                                                      (22-5)

مهم است به این نکته توجه کنیم که هنگام استفاده از روش بردارهای ریتز وابسته به بار معادلة (22-5) باید به جای معادلة (21-5) استفاده شود زیرا ضرایب مشارکت px,j و   □px,jکه از بردارهای ارتونرمال نسبت به [M] ، یعنی {Xj} ، یا بردارهای متعامد بر [M] و [K] ، یعنی {▫Xj} حاصل می شوند، متفاوتند و تنها جمع نهایی که در معادلة (22-5) داده می شود یکسان می باشد. بنابراین اگر از مجموع مجذور ضرایب مشارکت برای محاسبة سهم کل بار که توسط پایه ارائه می گردد، استفاده شود، جوابهای متفاوتی در صورت استفاده از پایه‌های منفرد [▫Xr] و حاصل می گردد. با در نظر گرفتن یک تحلیل عمومی سه بعدی، تخمین‌های خطا با استفاده از مجموع نیروهای ارائه شده به صورت زیر می گردد:

ex=({rx}T [M][Xr]([Xr]T{fx(s)}))/({rx}T{f(s)})*100                                   (23-5)

ey=({ry}T [M][Xr]([Xr]T{fy(s)}))/({ry}T{f(s)})*100                                   (24-5)

ez=({rz}T[M][Xr]([Xr]T{fz(s)}))/({rz}T{f(s)})*100                                     (25-5)

این معیار همچنین قابل بسط برای در نظرگیری ممان وارد شده بر بعضی درجات آزاد می‌باشد. تجربیات عددی روی سازه های ساختمانی کوچک نشان داده است که برای بارگذاری زلزله، معیار خطای بر اساس مجموع نیروهای ارائه شده، نوعی از همگرایی با افزایش یکنوا را نشان می‌دهد. مقدار ez و eyو ex بین 0 و 100 تغییر می‌کند و نشان ‌دهندة درصد نسبی از کل بار ارائه شده در حل به وسیله دستة بردار می باشد. برای نوع عمومی تر بارهای دینامیکی، معیار خطا بر مبنای مجموع نیروهای ارائه شده لزوماً همگرایی یکنوا را نشان نخواهد داد و مقادیر منفی و نیز مقادیر متوسط و بزرگتر از 100 نیز امکان پذیر می باشد.

4-5- تخمین خطا بر اساس معیار اقلیدسی بردار خطای نیرو

فرمول بندی‌های دیگری برای اندازه گیری مقدار نسبی بار دینامیکی ارائه شده توسط پایة برداری که دارای مشخصات همگرایی مشابهی برای هر توزیع مکانی بار باشد مورد بررسی قرار گرفتند. این تخمین‌های خطای جدید باید از پتانسیل مشکل اولین تخمین خطا، که احتمال داشت توقفی در مجموع یابی مانند آنکه نوسان‌های محلی، به علت تغییر علامت در نیروهای ارائه شده، کاملاً در اندیسهای  ez و eyو ex پیش آید مبرا باشند.

پس از تجربیات عددی، با به کارگیری استراتژی‌های گوناگون مشاهده شد که معیار  بردار خطای نیرو بر مبنای معیار اقلیدسی) (به صورت زیر نوشته می شود.

                                                                       (26-5)

                                                      (27-5)

مشخصات همگرایی مشاهده شده برای بارگذاری زلزله مشابه معیار خطای بر مبنای مجموع بردارهای ارائه شده، می باشد که هر مقدار، اندکی محافظه کارانه‌تر می باشد. برای توزیع مکانی عمومی‌تر بار دینامیکی از تجربیات عددی مشاهده شده است که:

- معیار خطای بر مبنای معادلة (26-5) محافظه کارانه تر از فرم ساده تر که با رابطة زیر مشخص شده می باشد.

- که هر چند بعضی نوسانات در هنگام اضافه کردن چند بردار اول به حل ممکن می‌باشد، معیار خطای  تمایل بهتری نسبت به معیار ex برای نشان دادن همگرایی یکنوا نشان می‌دهد.

نمونه ای از این محاسبات در شکل )1-5( نشان داده شده است که در آن یک بار منفرد در بالای یک مدل تیر برشی با 7 درجه آزادی اعمال می‌گردد و تخمین‌های خطا به عنوان تابعی از بردارهای باقی مانده در تحلیل رسم شده‌اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1-5- مقایسه میزان خطا با در نظرگیری تعداد مختلف بردارهای ریتز

معادلة (26-5) برای یک جهت نمونه توسعه داده می شود، محاسبات مشابهی هم باید برای بدست آوردنe*y وe*z انجام شود. همچنین امکان دارد اندیسهای خطا برای بدست آوردن یک اندیس منفرد که ارائه کلی بار توسط پایه را منعکس می کند، با هم ترکیب گردند.

                 (28-5)

در معادلة (28-5) به طور ضمنی فرض شده که تمامی بردارهای بارگذاری تنها تابعی از فضا می باشند. اندیس منفرد بنابراین بر مبنای مقایسة طول بردار بارگذاری که در تحلیل ارائه نشده نسبت به طول کل بردار بار می باشد

عنصر اصلی دو معیاری که ارائه شده اند بردار{fr(s)} برابر نسبی از کل بار می باشد که می تواند از پایة کوتاه شده همانطور که در معادله (13-5) داده شده است بدست آید. مشاهدة جهتی مقادیر  و در هنگام تولید بردارهای ریتز وابسته به بار را می توان به کار گرفت و تنها عملیات عددی کمی لازم می باشد به علت آنکه حاصل ضرب[M]{xj} ، که برای بدست آوردن {fr(s)}مورد نیاز است، در هر صورت به عنوان قسمتی از محاسبات برداری باید محاسبه شود.

مقدار مناسبی از e یا e* را سپس می توان به عنوان معیار توقف (cut-off) برای توقف تولید بردارهای جدید به کار برد. باید به خاطر داشت، هر چند تخمین رفتار خالص سیستم با استفاده از تعداد کمی بردارهای ریتز وابسته به بار امکان پذیر است، برای کاربردهای عملی اهمیت نیروها و تنشها نسبت به تغییر مکانهای کلی سیستم بیشتر می باشد. دورانهای انتهای اعضا، نیروهای محوری و ممانهای خمشی که وابسته به تغییر مکانهای دیفرانسیلی می باشد ممکن است با خطای بارگذاری و بازیافت تنش نامناسب همراه باشند. ارزیابی کارایی این شمای عددی بنابراین باید با توجه به هر دو جنبة همگرایی تنش و تغییر مکان قضاوت شود.

5-5- روشهای جمع‌بندی برای آنالیز برهم نهی مستقیم بردار

برای اکثر تحلیلهای دینامیکی مدهای بالاتر معمولاً مشخصه‌های محلی می باشند و مشارکت آنها در پاسخ سازه قابل صرف نظر کردن می باشد. هر چند، اگر بار مؤلفه‌های قابل توجهی در بسط مولفه های مودی داشته باشد، ممکن است این مدهای بالاتر برای بازیابی تنش لازم  باشند. پاسخ دقیق به بردار بار باقی مانده{Er(s)} در معادلة (6-5) با استفاده از یک دسته بردار کوتاه شده به صورت زیر نوشته می شود.

              (29-5)

که در اینجا بیانگر پاسخ سیستم به مؤلفه ای از بار می باشد که توسط پایه بردار نشاندهندة بار نادیده گرفته می شود. این تغییر مکان باید به پاسخ ناشی از برهم نهی بردارهای کوتاه شده، اضافه گردد تا جوابهای درستی بدست آید.

1-5-5- روش تصحیح استاتیکی

با فرض آنکه مدهای با فرکانس به طور قابل توجه بزرگتر از فرکانس بار اعمالی، به حالت استاتیکی پاسخ خواهند داد، این امکان وجود دارد که برای در نظرگیری انعطاف پذیری مدهایی که در مجموع یابی مدهای تغییر مکان حفظ شده اند از یک تحلیل شبه استاتیکی استفاده نماییم. در معادلة (29-5) شتاب و سرعت را برای تمام زمانها صفر قرار می دهیم خواهیم داشت.

                                                                (30-5)

پاسخ کلی سیستم با استفاده از تصحیح استاتیکی برای مدهای بالاتر خواهد شد.

                                     (31-5)

فرکانسهای طبیعی سازه ای که قرار است تحلیل گردد،  ، در مقایسه با محتوای فرکانس بارگذاری،  ، در مؤثر بودن روش تصحیح استاتیکی نقش کلیدی دارد. همانگونه که در شکل 2-3 اشاره شده بود فرض آنکه قسمت استاتیکی پاسخ در مدهای بالاتر، تقریب خوبی از پاسخ دینامیکی می باشد تنها برای نسبتهای بزرگ فرکانس مناسب می باشد. هنگامی که نسبت فرکانس به سمت 1 حرکت می کند این تقریب با تردیدهایی همراه خواهد بود و برای  کوچکتر از 0.6 تصحیح استاتیکی بر مبنای معادله
(31-5) تایج بسیار ضعیفی ارائه می دهد و حتی بهتر است کلا تصحیح انجام نگردد، به این دلیل که روش تصحیح استاتیکی همیشه برای بارگذاریهایی بسیار مؤثر می باشد که محتوای فرکانس آنها بطور خوبی پایینتر از فرکانسهای سازه باشد مانند امواج دریا بر روی سازه‌های دریایی، اما همیشه برای زلزله که محتوای فرکانس پهنای وسیعی دارد و می تواند در نواحی فرکانس بالای سازه هم بسط پیدا کند، به این کارآمدی نمی باشد.

2-5-5- روش شتاب مدی

گونه ای از روش تصحیح استاتیکی به نام شتاب مدی نیز به طور گسترده ای برای در نظرگیری اثر مدهای بالاتر در حل برهم نهی برداری به کار گرفته شده است. فرمولی که در اینجا استخراج شده است گونه ای محاسباتی بوده که می توان نشان داد هم ارز روش کلاسیک که به طور صریح با مؤلفه‌های شتاب و سرعت کلی برخورد می کند می باشد. مدهای  و i=r+1,...,n را در نظر بگیرید که در جمع بندی منظور نشده اند، با استفاده از روش شبه استاتیکی داریم.

                                                             (32-))

که در نتیجه بدست می آوریم.

                                                                (33-5)

با بازگشت به مختصات هندسی

                                                  (34-5)

که اولین عبارت در این مجموع‌ها به روش معمول مودی اشاره دارد و عبارت دوم بیانگر تصحیح استاتیکی می باشد.

با جایگزینی (33-5) در (34-5) داریم.

                                                           (35-5)

                           (36-5)

که {f} تابع مکان و {U} و yi وg تابع زمان می باشند. با استفاده از تعامد نسبت به سختی بردارهای انتقال  که به صورت زیر نوشته می شود.

                                                                      (37-5)

عبارت دوم مجموع در معادلة (36-5) برابر خواهد بود با [K-1]{f(s)} زیرا

                                                                                 (38-5)

معادله 3.36 را می توان به این صورت نوشت.

                                      (39-5)

                                      (40-5)

                                                 (41-5)

که Kr بسط کاهش یافته از ماتریس سختی با استفاده از r بردار کاهش یافته می باشد.

3-5-5- مقایسة روشهای تصحیح استاتیکی، شتاب مودی و بردارهای ریتز وابسته به بار

مقایسة میان این سه روش به راحتی با توجه به تکنیک جمع برداری استفاده شده برای بدست آوردن پاسخ کلی قابل انجام است.

روش تصحیح استاتیکی

                                   (42-5)

روش شتاب مودی

                                   (43-5)

WYD Ritz

                                            (44-5)

که

                                         (45-5)

در هر کدام از دو روش اول جمع بندی بردار {f(s)} کامل چه به طریق استاتیکی در عبارت دوم مجموع و چه به طریق دینامیکی در عبارت اول مجموع به حساب آمده است. با مشاهدة معادلة (44-5) هنگامی که بردارهای ریتز WYD تنها متعامد بر جرم {Xi} در یک تحلیل مستقیم برهم نهی برداری استفاده می شوند. عبارت اول نظیر حل استاتیکی، می باشد که ضریب مقیاس مناسب به آن اعمال شده است و بردارهای دیگر بیانگر مشارکت دینامیکی می باشند که توسط حل استاتیکی نادیده گرفته شده است. مکانیسم تولید بردارهای ریتز WYD محتوای طبیعی بردار آغازین را در میان تمام بردارهای مبنا پخش می نماید که گویی تصحیح استاتیکی برای اثر مدهای بالاتر به صورت خودکار در فرمول بندی داخل شده است که تاثیر آن در بردار اول مشهودتر است. از آنجایی که بردارهای ریتز WYD می توانند به ارائه مناسبی از بارگذاری با تعداد کمی بردار منجر شوند قابل اعتمادتر خواهد بود، اگر مزیت تصحیح استاتیکی محقق نگردد، که از معیار خطا برای وارد نمودن تعداد کافی بردار دینامیکی در یک آنالیز معمول برهم نهی مدی، برای بدست آوردن ارائه مناسب بارگذاری استفاده گردد.

این توضیح برای بردارهای ریتز متعامد بر جرم و سختی، {▫Xi} نیز صادق می باشد. زیرا نشان داده شد که بردار باقیماندة خطای نیرو در صورت استفاده از {▫Xi}یا {Xi}یکسان خواهد بود.

پس از آنکه مطمئن شدیم پایة برداری قادر به ارائه صحیحی از توزیع مکانی بارگذاری می باشد، ممکن است علاقه داشته باشیم که کنترل نماییم آیا فرکانسهای تقریبی محاسبه شده، از مساله ویژه کاهش یافته، به طور کافی محدودة فرکانس بارگذاری اعمال شده را ،برای رسیدن به یک حل مؤثر در بر می گیرد یا خیر؟ برای بارگذاری‌های با محتوای فرکانسی موجود در یک باند باریک در شروع طیف ویژة سازه ای، تصحیح استاتیکی موجود در تکنیک ریتز بسیار مؤثر خواهد بود و این امکان وجود دارد که حتی با ارائه ضعیف و نامناسب مبنای کاهش یافته جوابهای درستی بدست آید. هر چند برای تحلیل گر سخت تر است که از جوابهای حاصل از جمع بندی راضی گردد.

6-5- رابطه میان بردارهای ریتز WYD و حل مقدار ویژة دقیق

هر چند هدف اولیة روش بردارهای ریتز WYD بدست آوردن یک حل درست ارتعاش آزاد مسألة ویژه نمی باشد اما ممکن است  جالب باشد تا مرزهای خطایی بر مبنای فرکانسهای سازه ای بدست آمده از بردارهای ریتز توسعه دهیم.

اولین رهیافت شامل برآورد جفت ویژة  و جایگزین آن در مساله ویژة اصلی می باشد معیار خطایی که با روابط زیر داده می شود.

                                                                    (46-5)

را می توان برای این منظور استفاده نمود. از نظر فیزیکی  بیانگر نیروهای گرهی متمرکز استاتیکی و  بیانگر نیروهای متمرکز گرهی ناشی از اینرسی در هنگامی که مدل FEM در حال ارتعاش در مد{▫Xj}  است، می باشد. معادلة (46-5) نرم نیروهای گرهی خارج از تعادل تقسیم بر نرم نیروهای الاستیک می باشد. مقدار  باید کوچک باشد اگر  و حل درستی از جفت ویژه باشند.

در اصل این امکان وجود دارد که مقدار تقریبی جفت ویژه و از حل سیستم ماتریسی کاهش یافته در هر مرحله از الگوریتم محاسبه گردد و معادلة (46-5) برای بررسی صحت حل ویژه با استفاده از بردارهای ریتز WYD در آن گام حل گردد. هر چند اگر الگوریتم بردارهای ریتز WYD با محاسبة فرم کاهش یافته سه قطری به صورت  به طور مستقیم به کار گرفته شود رهیافت ساده تری امکان پذیر می باشد.

عناصر خارج از قطر [Tr] به صورت خودکار پارامتری برای مرز خطای مقادیر ویژه استخراج شده فراهم می نمایند. به طور ویژه برای مساله ویژه عمومی شده در دینامیک سازه‌ها مرز خطای مطلق برای هر ریشة تقریبی  از نامساوی زیر قابل دستیابی می باشد.

                                                                        (47-5)

که در اینجا br+1 المان بعدی خارج از قطر [Tr] محاسبه شده از بردار {Xr} و Zr,j المان آخر بردار ویژة نرمال شده به صورتی که {Zj}T{Zj}=1  باشد، متناظر با j، ریشة بدست آمده از حل سیستم سه قطری کاهش یافته می باشد.

باید توجه شود که اگر حل ویژه درست تری از مدهای ارائه شده در محتوای طیفی بردار آغازین مد نظر باشد ترکیبی از روش کاهش ریتز WYD و تکرار زیر فضا ممکن است الگوریتم بسیار کارایی تشکیل دهند. در تکرار زیر فضا صحت توسط تحلیل گر تعیین می گردد بنابراین نیاز به روش تکراری وجود دارد. جزئیات این روش در شکل 2-5 موجود است.

شکل 2-5- الگوریتم ترکیب بردارهای ریتز وابسته به بار و تکرار زیر فضا برای حل مساله ویژه عمومی

1) ماتریسهای جرم و سختی و بردار نیرو

                               سایز سیستم

2) مثلثی کردن ماتریس سختی

                سیستم

3) استفاده از روش بردارهای ریتز وابسته به بار برای مقداردهی اولیه تکرار زیر فضا.

R بردار آغازین در ماتریس [X]1 تشکیل دهید به اندازه r*n (با استفاده از روش ریتز) تعداد بردارهای تکرار r بزرگتر از تعداد مقادیر ویژه خواسته شده انتخاب می‌گردد.

4) انجام محاسبات تکرار زیر فضا:

(a محاسبه مشارکت اینرسی

(b تصویر کردن ماتریسهای [K] , [M] روی زیر فضای K+1

(c سیستم ویژه کاهش یافته شرا حل نمایید.

(d محاسبه تقریب بهبود یافته از بردارهای ویژه 

(e کنترل همگرایی

متعامدسازی نسبت به سختی بردارهای ریتز وابسته به بار، از طریق حل مساله ویژه، شکل (1-3)، در حقیقت متناظر با یک چرخه از روند تکرار زیر فضا می باشد. با قراردادن k=0 ، الگوریتم 2-5 که بردارهای  ریتز وابسته به بار و تکرار زیر فضا را ترکیب می کند در گام 4.b) آغاز می گردد. تصویر ماتریسهای [K],[M] بر زیر فضای E1، با استفاده از بردارهای ریتز وابسته به بار توسط الگوریتم اصلی (شکل 1-3) به عنوان بردارهای انتقال [X] ساخته می شود. هیچ کنترلی در مورد همگرایی صورت نمی گیرد زیرا مساله تنها یک بار حل می گردد. اگر تقریب نزدیک تری از طیف ویژه لازم باشد می توان روند تکراری را با انجام سیکلهای بیشتر تکرار زیر فضا ادامه داد.

خانه ای با مصالح جدید

خانه ای با مصالح جدید1

یکی از مهمترین پارامتر هایی که وضعیت اجتمائی و پیشرفت یک جامعه را مشخص می کند، ساخت و ساز است، طراحی ساختمان های جدید و نوع استفاده از مصالح نیز ارتباط مستقیمی با کیفیت ساخت و ساز در ساختمان های مدرن امروزی داشته و یکی از ملزومات توسعه پایدار شهر نشینی می باشداز جمله این مصالح می توان به ورق های کامپوزیت آلومینیومی، ساندویچ پانل دکوراتیو،سفال بام، ساندویچ پانل صنعتی، سقفهای شیب دار

UPVCسقفهای مدرن گالوانیزه، سقفهای آزبست و سقف کاذب پانل گچی اشاره کرد.

        ویژگی ها:

با توجه به تنوع طرح و رنگ و شکل پذیری و انعطاف در طراحی بسیار مناسب جهت استفاده در معماری مدرن و پیشرفته می باشد . به لحاظ ساختار فیزیکی مطلوبی که دارد و سازگار با محیط زیست و مقاوم در برابر شرایط سخت جوی و باران های اسیدی و اشعه UV می باشد و در جهت افزایش سرعت نما سازی و

سبک سازی ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد.

        ساختار ورق کامپوزیت آلومینیومی :

از یک نوع ورق مرکب متشکل از دو لایه ورق آلومینیم به ضخامت 0.5 میلیمتر و هسته میانی از جنس پلی اتیلن جدید به ضخامت های 2تا5 میلیمتر تشکیل شده است.این ورق ها دارای وزن کم و استحکام زیاد می باشند.

از مزایای این ورق ها میتوان به مقاومت در برابر باد و ضربه و باران های اسیدی و اشعه UV ،شکل پذیری و نصب آسانو اجرای پروژه هایی که بامصالح دیگر قابل اجرا نباشند، تنوع در نوع و رنگ، نگهداری آسان و شستوشوی آسان با آب اشاره کرد.

نصب این ورق ها به دو صورت ریلی و دائمی صورت می گیرد.

این ورق ها می توانند در نمای خارجی ساختمان ها، دیوارها و دکوراسیون داخلی بدنه و نمای ماشین آلات صنعتی، دیواره های تونلها و پایانه های مسافربری و انواع بیلبورد و تابلوهای تبلیغاتی و همچنین در بازسازی نمای ساختمان های قدیمی به چشم می خورند.

            ورق های کامپوزیت آلکوبست:

ورق آلکوبست از سه لایه شامل دو لایه ورق آلومینیومی به ضخامت 0.3تا0.5 میلیمتر و یک لایه میانی از جنس پلی اتیلن تشکیل شده است.

استفاده از این ورق ها در نما باعث می گردد تا وزن ساختمان ها سبک تر شده که این امرهم از نظر ایمنی و هم از نظر اقتصادی کاملا برتر از نماهای دیگر خواهد بود.

مزایای استفاده از این ورق ها عبارتنداز:

عایق صوتی و حرارتی، ضد حریق بودن، ضربه پذیری بالا،مقاومت در مقابل جریانات جوی، تنوع رنگ،تنوع اجرا، سرعت بالای اجرا،شکل پذیری متنوع، نگهداری آسان، مصالح زیر ساختی سبک  و ابعاد مختلف.

انواع سقف کاذب و آکوستیک  شرکت توسعه آمادگی اجرای درست و به موقع انواع سقف کاذب شامل : دامپا ، تایل گچی ، سقف با پروفیل سه رشته ای - سقف شبکه بندی با پوشش انواع مصالح - سقف لوکسالون 84R  ولوکسالون 150F - تایل آلومینیومی - آکوستیک آرمسترانگ - سقف کاذب فایبر گلاس - سقف کاذب پانل گچی ، سقف کناف و غیره را دارد .

سقف آلومینیومی دامپا  سقف دامپا از فرم دادن ورقهای آلومینیومی به ضخامت 5/ 0 میلیمتر تولید و به رنگهای مختلف رنگ امیزی میشود .   دامپا به خاطر وزن کم و نصب سریع و قابل پیاده و نصب مجدد در اکثر ساختمانها مورد استفاده قرار میگیرد .     سقف کاذب تایل گچی   سقف تایل گچی با شبکه بندی سپری های پیش رنگ شده و تایلهای گچی کناف به ضخامت 5/ 9 میلیمتر به ابعاد 5/ 59 در 5/ 59 سانتیمتر که روی ان یک لایه P. V.C و پشت ان یک لایه  ورق آلومینیومی میباشد تولید و نصب میگردد .سقف تایل گچی یکی از زیباترین سقف های کاذب بوده و پیاده و نصب مجدد ان خیلی راحت است .     سقف کاذب با پروفیل سه رشته ای  این نوع سقف بصورت شبکه بندی با پروفیل های مخصوص که بصورت سه تایی کنار هم قرار گرفته در ابعاد مورد دلخواه شبکه بندی میشود و داخل شبکه ها با پانل های گچی پیش ساخته  کناف پوشش داده میشود ، این نوع سقف را در ابعاد و شکل های مختلف میتوان نصب کرد .

ساندویچ پانل دکوراتیو و خانه های پیش ساخته

-  ورق گالوانیزه طرحدار ( با رنگ سوپر پلی استر در 24 طرح و رنگ متفاوت ) به ضخامت 30 میکرون -  فوم پلی یورتان ( ترکیب ایزوسیانات و پلی یول ) -  فویل آلومینیوم یا ورق گالوانیزه   ساختار مشخصات:  -   ضخامت : 8/1 سانتیمتر  -   عرض : 35 سانتیمتر  -   طول : به سفارش مشتری   تیپ های مختلف ساندویچ پانل دکوراتیو Satel خصوصیات   -   سبکی وزن بالا :5 کیلو گرم بر متر مربع.(ایمنی در برابر زلزله و کاهش بار مرده ساختمان )   -   عایق صوتی وحرارتی مناسب.   -   سهولت نصب.   -   سرعت بالا در اجرا.   -   تنوع و زیبایی در طرح ورنگ.   -   دوام وعمر طولانی. کاربرد ساندویچ پانلهای دکوراتیو Satel به دلیل طرحهای متنوع ومقاومت بالا در رنگ ( حتی در مقابل بارانهای اسیدی ) انتخاب مناسبی برای پوشش موارد ذیل می باشد :   -   نمای ساختمان.   -   خانه های پیش ساخته و کانکس.   -   دکوراسیون داخلی ( دیوار - پارتیشن - سقف کاذب )   -   ضمنا" به دلیل زیبایی و مدرنیزه بودن ساندویچ پانلهای دکوراتیو Satel پیشنهاد مناسبی جهت باز سازی ساختمانهای قدیمی (نمای داخلی- نمای خارجی - دکوراسیون و ... ) نیز میباشد.

ورق کامپوزیت آلومینیوم

لایه ها  ساختار مشخصات: Satel ACP یک نوع ورق مرکب متشکل از دو لایه ورق آلومینیوم به ضخامت 5/0 میلیمتر و هسته میانی از جنس پلی اتیلن به ضخامت های 2 یا 3 یا 5 میلیمتر می باشد. رنگ ورق روی پانلها از نوع PVDF که نوعی رزین فلورو کربن بوده و ساخت کارخانه P.P.G آمریکا با نام تجاری Kynar 500 می باشد و رنگ ورق زیرین از نوع آستر پلی استر و یا بدون رنگ می باشد استاندارد امکان تولید (به سفارش مشتری) آلیاژ 1100H18 3003-H16 نوع رزین Kynar 500 based PVDF Hylar 500 ضخامت 4 mm 3-6 mm عرض 1220 mm 900-1570 mm طول 2440, 3250 mm Max 8000 mm ورقها به ضخامت استاندارد 4 میلیمتر به ابعاد 244 x122 xسانتیمتر بصورت استاندارد تولید می شود و در حجم سفارش بالا قا بلیت تولید با ضخامتهای مختلف و طول دلخواه را نیز دارا میباشد.  خصوصیات   -   سطح هموار به همراه یکنواختی و مقاومت بسیار عالی رنگ   -   سبکی وزن   -   تنوع وزیبایی در رنگ   -   شکل پذیری   -   ابعاد بزرگ ومتنوع   -   تنوع و سرعت بالا در اجرا به همراه قابلیت تعویض پانل  کاربرد   -   نمای خارجی ساختمان   -   بازسازی ساختمان های قدیمی   -   دکوراسیون داخلی، سقف کاذب   -   مراکز خرید   -   تابلوهای تبلیغاتی ونمایشگاهی  نمونه پانل آماده نصب  نمونه پانل نصب شده

ساندویچ پانل صنعتی ، کانکس و سردخانه

ساختار:    -   ورق گالوانیزه رنگی به ضخامت   0/5 mm    -   فوم از جنس پلی یورتان با دانسیته معادل kg/m3 40    -   ورق گالوانیزه رنگی به ضخامت         0/5 mm مشخصات: Preprinted Galvanized Steel Thickness of External Sheet (mm) Thickness of Internal Sheet 0.50 0.50 0.50 0.50 PU (mm) 50 100 Effective Width (cm) 100 100 ضخامت ورق زیر و رو: 5/0 میلیمتر طول استاندارد پانل: 6 متر ضخامت های قابل تولید: 4 سانتی متر تا 10 سانتیمتر دانسیته فوم پلی یورتان : 40 کیلوگرم بر متر مکعب عرض پانل سقفی :108 سانتیمتر عرض پانل دیواری : 102 سانتیمتر  خصوصیات    -   تحمل بار    -   عایق در برابر صدا    -   سبکی وزن و مقاوم در برابر زلزله    -   عایق در برابر رطوبت    -   عایق در برابر سرما و گرما ( جلوگیری از پرت حرارت و برودت )    -   غیر قابل اشتعال (دیرسوز)    -   نصب سریع و آسان    -   قابل شستشو و بهداشتی  کاربرد   با توجه به ویژگیهای ساندویچ پانلهای صنعتی Satel مانند سبک بودن ، مقاومت در برابر زلزله ، عایق بودن در برابر سرما و گرما و صوت و گرد وغبارو ... به بهترین نحو قابلیت استفاده در موارد ذیل را داراست:   دیوار و سقف کارخانجات و ساختمانهی صنعتی   -      ساخت سوله های صنعتی   -      ساخت انواع سرد خانه ها   -     کانکسهای ثابت و متحرک   -     ساخت انبار و سیلو   -      ساخت کانتینر های حمل و نقل   -     سقف آلاچیق   -     ...  و موارد بیشمار دیگر

ورق گالوانیزه سقفی

مشخصات:   -   ورق گالوانیزه پیش رنگ شده (رنگ کوره ای) ضخامت 5/0   -   عرض ثابتcm 110   -   طول دلخواه به سفارش مشتری   -   طول هر گام سفال 25 سانتی متر  خصوصیات    -   سبکی وزن    -   یکپارچگی    -   مقاومت بالا    -   سهولت و سرعت در نصب    -   ایمنی در برابر زلزله     موارد کاربرد    پوشش سقف :      -   ویلاها      -   سوله ها      -   آلاچیق      -   کارخانه      -   استخر    و بسیاری موارد دیگر .

تعیین وزن مخصو ص سیمان

تعیین وزن مخصو ص سیمان

آزمایش شماره 1

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       ترازو

                   ü       مزور 100 سی سی

                   ü       الکل،اتر ویا نفت سفید به مقدار 70 سی سی

                   ü       سیمان

E سیمان یکی از اصلی ترین ترکیبات تشکیل دهنده بتن است ، به همین جهت میزان سیمان و ترکیب تشکیل دهنده آن نقش مهم و اساسیی در افزایش مقاومت و سلامت بتن دارد و به همین جهت دانستن خواص فیزیکی و شیمیایی سیمان برای ساخت بتن اهمیت پیدا می کند.

نحوه  آزمایش: پس از توزین سیمان و جدا کردن 64gr سیمان آن را در داخل استوانه مدرجی که قبلا به میزان 70 c.c الکل داخل آن ریخته ایم می ریزم و سیمان و الکل را باهم مخلوط می کنیم تفاوت حجم حاصله از حجم الکل (70 سی سی) میزان حجم الکل را بدست می آوریم حال بادانستن جرم و حجم سیمان می توانیم به وسیله فرمول r=m/v  وزن مخصوص نمومهً سیمان را بدست   می آوریم.

وزن ظرف	169.4 gr
وزن نمونه سیمان	64 gr
حجم الکل	70 c.c.
حجم سیمان و الکل	92 c.c.
حجم سیمان	92-70=22  c.c.

r=m/v=64/22=2.91 gr/cm3

تعیین وزن مخصو ص سیمان

آزمایش شماره 2

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       ترازو

                   ü       ظرف استوانه ای CT13

                   ü       کولیس

                   ü       سیمان

نحوه  آزمایش: ابتدا ابعاد(قطر و ارتفاع) استوانه را به وسیله کولیس اندازه گرفته و به وسیله آنها حجم استوانه را محاسبه می کنیم. سپس استوانه را به وسیله سیمان پر می کنیم حال به وسیله ترازو وزن مجموعه را بدست می آوریم و سپس با معلوم بودن وزن و حجم سیمان با تقسیم وزن بر حجم وزن واحد حجم سیمان (وزن حجمی) سیمان را بدست می آوریم.

M باید توجه شود که در این آزمایش از وزن استوانه صرف نظر شده در غیر اینصورت می توانستیم وزن استوانه خالی را بدست آوردیم و از وزن مجموع استوانه و سیمان کم کنیم.

r=m/v

قطر ظرف استوانه ای  (D=2r)	15.45 cm
ارتفاع ظرف استوانه ای	15.65 cm
حجم ظرف استوانه ای (حجم سیمان)	2934.007 cm3
وزن سیمان و ظرف	3583 gr
جرم واحد حجم سیمان	r=1.2212  gr/cm3

نمونه برداری

آزمایش شماره 3

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       دستگاه سمپل اسلیتر (جعبه تقسیم)

                   ü       مصالح سنگی (ماسه،شن)

E برای آزمایش بر روی پاره ای از خواص مصالح سنگی مانند شکل، اندازه، بافت سطحی و میزان جذب آب مصالح نمونه انتخاب شده برای آزمایش باید جوابگوی مصالح در مقیاس کلی آن باشد یعنی مقیاس کوچکی از کل مصالح بوده تا بتوانیم نتایج حاصله  را برای کل مصالح استفاده کنیم.

M باید توجه داشته باشیم که مصالح دپو شده دارای دانه بندی یکسانی نمی باشند و ذرات درشت تر در رو و مصالح ریزتر به زیر می روند برای همین منظور برای نمونه برداری از مصالح ، از قسمتهای مختلف آن نمونه برداری می شود.

نمونه برداری به دو روش انجام میشود که عبارتند از:

     ×       روش آزمایشگاهی

      ×        روش کارگاهی

نمونه برداری به روش  کارگاهی :

روش نمونه برداری: مقداری ماسه را به عنوان نمونه انتخاب می کنیم و بر روی سطح صافی آن را پخش کرده و بصورت دایره ای درمی آوریم. سپس این دایره را به چهار قسمت تقسیم می کنیم و دو قسمت روبروی هم را برداشته و دو قسمت دیگر را کنار می گذاریم   و مصالح باقیمانده را مجددا بصورت دایره در می آوریم و عمل بالا را تا جایی ادامه می دهیم که مقدار مصالح باقیمانده به اندازه میزان مصالح مورد نیاز برسد.

E مقدار 1800 گرم ماسه به وسیله ظرفی که قبلا وزن کرده ایم  را به روش فوق نمونه برداری می کنیم تا به وسیله آن مدول نرمی ماسه را بدست آوریم.

نمونه برداری

ادامه آزمایش شماره 3

نمونه برداری به روش  آزمایشگاهی :  

روش نمونه برداری: مقداری شن بادامی شکسته را انتخاب می کنیم و سپس آن را در داخل دستگاه سمپل اسپلیتر (جعبه تقسیم) می ریزیم. این دستگاه از یکسری قیفهای دوطرفه تشکیل شده است که مصالح را به داخل ظرفهای موجود در زیر دستگاه هدایت می کند (این دو نمونه تقریبا هم وزن می باشند).

این آزمایش را برای نمونه شن نخودی نیز عینا تکرار می کنیم.

دانه بندی نمونه های مختلف خاک

 آزمایش شماره 4

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       سری الک ها

                   ü       مصالح سنگی (ماسه،شن)

                   ü       ترازو با دقت 1/0 گرم 

                   ü       دستگاه Shaker

                   ü       گرمخانه Oven

نحوه  آزمایش:  ابتدا 5/1 کیلوگرم مصالح خشک را برمی داریم(حتما باید مصالح خشک باشد تا بتوانیم درصد موجود دانه ها را در کل مصالح به درستی تعیین کنیم) به همین جهت مصالح را به مدت 24 ساعت در داخل OVEN در دمای تقریبی 30 درجه سانتیگراد قرار می دهیم.

پس از خشک شدن مصالح الکهای مورد نیاز (با توجه به نوع مصالح و ریزی و درشتی مصالح) را انتخاب می کنیم و آنها را پس از تمیز کردن بترتیب پشت سرهم وصل می کنیم (بزرگترین الک از نظر قطر منافذ در بالا و ریزترین الک در پایین قرار می دهیم) و زیر آخرین الک نیز ته الک را قرار می دهیم .سپس مصالح را از بالا داخل الکها می ریزیم و سر الک را بر روی آن قرار می دهیم.

سپس سری الکها را بر روی دستگاه Shaker قرار می دهیم  و سپس مدت زمان الک کردن (تکان دادن) را به وسیله عقربه دستگاه تنظیم می کنیم ( بین 5 تا 10 دقیقه که هرچه مصالح ریز دانه تر باشند این زمان بیشتر است) و آن را روشن می کنیم.

پس از پایان الک کردن و خاموش شدن دستگاه الکها را از هم جدا می کنیم و وزن تک تک آنها را حساب می کنیم و وزن الک خالی را از آن کم می کنیم.

نتایج بدست آمده از این آزمایش و نمودارهای دانه بندی به شکل زیر می باشند.

درصد جذب آب

 آزمایش شماره 5

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       سری الک ها

                   ü       مصالح سنگی (ماسه،شن)

                   ü       ترازو با دقت 1/0 گرم 

                   ü       کاغذ خشک کن یا حوله

                   ü       گرمخانه Oven

وزن نمونه خشک - وزن نمونه اشباع با سطح خشک

نحوه  آزمایش: مقداری شن نخودی را در داخل آب به مدت 24 ساعت قرار می دهیم پس از آن مصالح را  از آب خارج می کنیم و سطح دانه ها را بلافاصله پس از خارج کردن از آب به وسیله حوله خشک می کنیم تا سطح دانه ها براق شود سپس 300 گرم از مصالح را وزن کرده و داخل ظرفی می ریزیم و داخل گرمخانه(OVEN) قرار می دهیم و به مدت 24 ساعت نیز در داخل OVEN و در دمای 110± 5°C قرار می دهیم و پس از این زمان مصالح را از داخل OVEN  در آورده و مجددا آن را وزن می کنیم .سپس درصد جذب آب را از رابطه زیر محاسبه می کنیم:

 

آزمایش فوق را عینا برای ماسه و شن بادامی انجام می دهیم که نتایج آن به شرح زیر است:

	وزن نمونه اشباع	وزن نمونه خشک	درصد جذب آب
شن نخودی	300 gr	296.3 gr	1.25%
شن بادامی	55.9 gr	55.4 gr	0.9%
ماسه

تعیین وزن مخصوص ظاهری به روش پیکنومتر

 آزمایش شماره 6

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       پیکنومتر

                   ü       مصالح سنگی (ماسه،شن)

                   ü       ترازو با دقت 1/0 گرم

                   ü       کاغذ خشک کن یا حوله

                   ü       گرمخانه Oven

                   ü       سینی

نحوه  آزمایش: مقداری شن نخودی را در داخل آب به مدت 24 ساعت قرار می دهیم پس از آن مصالح را  از آب خارج می کنیم و سطح دانه ها را بلافاصله پس از خارج کردن از آب به وسیله حوله خشک می کنیم تا سطح دانه ها براق شود سپس 300 گرم از مصالح را وزن کرده و داخل ظرفی می ریزیم و داخل گرمخانه(OVEN) قرار می دهیم و به مدت 24 ساعت نیز در داخل OVEN و در دمای 110± 5°C قرار می دهیم و پس از این زمان مصالح را از داخل OVEN  در آورده و مجددا آن را وزن می کنیم . پس از توزین مصالح آنها را درون پیکنومتر می ریزیم سپس پیکنومتر را از آب پر می کنیم تا مجموع حجم آب و مصالح به 1000 سی سی برسد.بهتر است در این زمان پیکنومتر را سر و ته کنیم تا در اثر سر و ته کردن دانه های هوای محبوس زیر سنگدانه ها آزاد شده و به سطح آب بیایند و سپس دوباره با افزودن مقداری آب حجم مجموعه را به 1000 سی سی برسانیم.

وزن مخصوص مصالح به روش زیر بدست می آید:

 

تعیین وزن مخصوص ظاهری به روش دونگان

 آزمایش شماره 7

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       دستگاه دونگان

                   ü       مصالح سنگی (ماسه،شن)

                   ü       ترازو با دقت 1/0 گرم

                   ü       کاغذ خشک کن یا حوله

                   ü       گرمخانه Oven

                   ü       سینی

                   ü       جعبه وزنه

                   ü       مخزن شناوری

E اساس کار در روش دونگان برپایه  قانون ارشمیدس  میباشد. یعنی به قسمت غوطه ور شده هر جسم در سیال نیرویی برابر وزن سیال جابجا هم حجم قسمت غوطه ور جسم شده در جهت بالا (کاهش وزن) از طرف سیال به جسم وارد می شود حال اگر سیال مورد آزمایش ما آب باشد چون  می دانیم چگالی آب یک گرم بر سانتیمتر مربع می باشد حجم مصالح مورد آزمایش از نظر عددی با وزن آب جابجا شده (اختلاف وزن مصالح در حالت عادی و در داخل آب) برابر می باشند.

نحوه  آزمایش: مقداری شن نخودی را در داخل آب به مدت 24 ساعت قرار می دهیم پس از آن مصالح را  از آب خارج می کنیم و سطح دانه ها را بلافاصله پس از خارج کردن از آب به وسیله حوله خشک می کنیم تا سطح دانه ها براق شود سپس 100 گرم از مصالح را وزن کرده پس از توزین مصالح را درون دستگاه دونگان قرار می دهیم (داخل کفه ای داخل آب قرار می گیرد) و در کفه دیگر آنقدر سنگ قرار میدهیم تا دو کفه دستگاه به حالت تعادل در آید.

حا با توجه به اینکه جرم حجمی آب یک گرم بر سانتی متر مربع می باشد می توانیم اختلاف وزن واقعی مصالح (100 گرم) و  وزن، وزنه هائی که روی کفه دستگاه قرار دارد را معادل با حجم مصالح مورد آزمایش در نظر گرفت.

تعیین وزن مخصوص ظاهری به روش دونگان

ادامه آزمایش شماره 7

سپس مصالح را از آب خارج می کنیم و داخل ظرفی  می ریزیم و به مدت 24 ساعت در داخل گرمخانه(OVEN) و در در دمای 110± 5°C قرار می دهیم پس از این زمان مصالح را از داخل OVEN در آورده و مجددا آن را وزن می کنیم . و با استفاده از فرمولهای زیر می توانیم وزن مخصوص ظاهری ، وزن مخصوص توده ای و وزن مخصوص توده ای در حالت اشباع با سطح خشک مصالح را محاسبه نمود :

A : وزن نمونه خشک شده در  OVEN

B : وزن نمونه اشباع با سطح خشک

C : وزن نمونه اشباع در آب

	A

 

B - C

1 - وزن مخصوص توده أی :                                                                                                                                 

	A

 

A - C

2 - وزن مخصوص ظاهری :                                                                                                                                  

B

                                               

B - C

3 - وزن مخصوص توده أی در حالت اشباع با سطح خشک :                                       

نتایج بدست آمده در این آزمایش به شرح زیر است:

	شن نخودی	شن بادامی	ماسه 06
وزن مصالح مورد آزمایش (اشباع باسطح خشک)	100 gr	--	200 gr
A	98.9 gr	--	196.8 gr
B	100 gr	--	200 gr
C	62 gr	--	126 gr
حجم مصالح مورد آزمایش B-C	38 gr	--	74 gr
وزن مخصوص	98.9 gr	--	--

محاسبه وزن واحد حجم مصالح

آزمایش شماره 8

مواد و ابزار مورد نیاز:

                   ü       مصالح سنگی

                   ü       ترازو با دقت 1/0 گرم

                   ü       کولیس

                   ü       ظرف استوانه أی

E از آنجا که معمولا %75 بتن را مصالح سنگی تشکیل می دهند و نقش مهمی در خواص بتن مخصوصا مقاومت آن دارند محاسبه  وزن حجمی آنها دارای اهمیت ویژه ای می باشد. دانستن خواص فیزیکی و شیمیایی سیمان برای ساخت بتن اهمیت پیدا می کند.

مقدمه: وزن مخصوص مصالح به دو صورت وزن مخصوص متراکم و وزن مخصوص غیرمتراکم تعریف می کنند. ولی از آنجاکه در بتن دوغاب (خمیرساخته) شده از سیمان فضاهای بین دانه های سنگی را پر می کند همواره از وزن مخصوص غیرمتراکم مصالح استفاده می کنیم و وزن مخصوص متراکم مصالح در عمل به کار نمی آید.پس آزمایش برای اندازه گیری وزن واحد حجم غیر متراکم مصالح انجام خواهد شد.

نحوه آزمایش : ابتدا ظرف استوانه ایی متناسب با مقدار مصالح مورد آزمایش انتخاب می کنیم  و ابعاد آن را (عمق و قطر داخلی ظرف) بوسیله کولیس اندازه می گیریم. سپس ظرف را بوسیله ترازو وزن می کنیم و مصالح مورد آزمایش را در ظرف تا اندازه ای می ریزیم که تا لبه ظرف کاملاً از مصالح پر شود و ظرف حاوی مصالح را دوباره وزن می کنیم و با تفاضل وزن مجموعه و وزن ظرف، وزن مصالح را به دست می آوریم و از آنجا که حجم حجم غیر متراکم مصالح  برابر با حجم ظرف می باشدحجم ظرف را بدست می آوریم .

 وزن حجمی غیر متراکم مصالح مورد آزمایش از طریق فرمول زیر محاسبه  خواهد شد :

وزن مصالح

گنجایش ظرف

                                                                                                                                                                        : وزن واحد حجم غیر متراکم         

محاسبه وزن واحد حجم مصالح

 ادامه آزمایش شماره 8

نتایج بدست آمده از این آزمایش به شرح زیر می باشد:

نوع مصالح	شن نخودی	شن بادامی	ماسه 0.6
قطرداخلی ظرف استوانه ای
عمق ظرف استوانه ای
حجم ظرف استوانه ای
وزن ظرف استوانه ای
وزن مصالح + وزن ظرف
وزن مصالح
حجم مصالح
وزن واحد حجم مصالح

سسیستم ساختمانى قاب هاى سبک فولادى سرد نورد

سسیستم ساختمانى قاب هاى سبک فولادى سرد نورد

ساختمان هاى پیش ساخته فولادى سبک (Light Weight STEEL frame) موسوم بهLSF به صورت اجراى خشک و عمدتاً با استفاده از اتصالات پیچى و به روش تولید صنعتى به کار گرفته مى‌ شود. این ساختمان ها از سه جزء اصلى شامل مقاطع متشکل از ورق هاى فولادى سرد نورد شده براى سازه، صفحات تخته گچى به عنوان پوشش رویه درونى و لایه عایق حرارتى و صوتى، تشکیل مى شوند. کاربرد این ساختمان ها به عنوان یک سیستم سازه ا ى مستقل، اکثراً در انبوه سازى ساختمان هاى دو طبقه، دفاتر و ساختمان هاى تجارى کوچک، واحد هاى صنعتى و سالن هاى ورزشى یک طبقه است. به نظر مى رسد، این سیستم سازه اى باربر ثقلى توانایى ترکیب شدن با سیستم هاى سازه ا ى دیگر، همانند دیوار هاى بتن مسلح سازه ا ى را نیز داراست ومی تو اند در ساخت ساختمان هاى کوتاه مرتبه به صورت سیستم سازه ا ى مختلط به کار گرفته شود. براى ساخت مقاطع سرد نورد شده مطابق آیین نامه هاى مربوط به این سازه ها، استفاده از اشکال مختلف مجاز است.

این مقاطع معمولاً داراى ابعاد متنوع و محدوده تغییرات ضخامتى بین6/0 الی 5/2 میلی متراست. اتصال سازه LSFبه شالوده به واسطه یک کلاف افقى با مقطعC شکل مى گیرد. اجزاى قائم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونى در بارهاى ثقلى عمل مى کند، برخى از این اعضا که در دهانه مهاربندى جانبى سازه قرار مى گیرند، علاوه بر بار ثقلى، متحمل نیرو هاى ناشى از بار هاى جانبى نیز مى شوند، این اعضا تحت نام وادار (Stud)  در این سیستم معرفى مى شود. سقف سازه این ساختمان ها متشکل از تیر چه هاى فلزى سرد نورد شده است که فواصل تیرچه ها با توجه به میزان ظرفیت باربرى عضو و ابعاد قطعات پوشش سقف که می تواند تخته هاى چوبى، سیمانى و یا دال بتن مسلح باشد، تعیین مى شود. تیرها و تیرچه ها عمدتاً داراى مقاطع با اشکالC یاZ  هستند، پوشش سقف با دال بتن مسلح، در صورت تامین یکپارچگى لازم بین بتن و پروفیل فولادى تیرچه، میتواند به عنوان ، یک سقف مرکب بتنى فلزى طراحى شود. در ساختمان هاى LSF منظور باربرى جانبى سازه در دو امتداد اصلى متعامد، از دهانه هاى باربر جانبى استفاده مى شود

 که تحت عنوانload Bearing Wall)  (نمادگذارى شده است. دهانه هاى باربر به چهار روش ایجاد مى شود که عبارتند از : سیستم دهانه هاى مهاربندى شده با اعضا قطرى، سیستم دیوار برشى با ورق فولادى نازک، سیستم دیوار باربر با پوشش هاى OSB و سیستم دیوار برشى بتن مسلح. در حال حاضر در کشور ایران استفاده از سیستم دهانه هاى مهاربندى شده با اعضا قطرى براى ساختمان هاى تا دو طبقه مسکونى و سیستم باربر جانبى دیوار برشى بتن مسلح براى ساختمان هاى تا چهار طبقه مسکونى مجاز است. اینرسى حرارتى کم این سیستم، آن را براى استفاده دایم مانند ساختمان هاى مسکونى با مشکلاتى روبه رو مى سازد، ولى در عین حال عملکرد آن براى سایر ساختمان ها با کاربرى منقطع مناسب است. عملکرد صوتى دیوارها و سقف هاى ساخته شده با این سیستم در صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتى پاسخ گوى انتظارات تعیین شده در مقررات ملى ساختمان است. مواد تشکیل دهنده LSF بار حریق ندارند ولى پروفیل هاى سرد نورد شده مقاومت کمى در برابر حریق دارند و باید به خوبى محافظت شوند. یکى از دلایل کاربرد گچ به عنوان پوشش داخلى این سیستم ها، دست یابى به این هدف است. از عمده مزایاى ساختمان هاى سبک فولادى(LSF)  کاهش جرم ساختمان است که تاثیر فراوانى در جهت کاهش هزینه هاى ناشى از مصالح، نیروى انسانى و نیز زمان احداث پروژه ها خواهد داشت. به کارگیرى این سیستم در ساختمان هاى 5 طبقه کشور با رعایت تمهیدات خاصى مقدور است وبه نظر مى رسد به عنوان یک گزینه در انبوه سازى می تواند موفق باشد، مشروط بر آن که به لحاظ عملکرد سازه ا ى، طراحى و اجراى آن، محدودیت ها و ضوابط موجود در سایر آئین نامه ها بررسى و براى کشور تدوین و تهیه شود. قدر مسلم آن که  اصلاحاتى در خصوص مقاطع ستونى، اعضاء قطرى مهاربند و نیز اتصالات این سیستم مورد نیاز است، که باید به نحو شایسته ا ى به آن  پرداخته شود. این سیستم در زمینه هاى انرژى، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابى قرار گرفته و کاربرد آن در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز است.

الزامات طراحى و اجرا براى سیستم هاى ساختمانى قاب هاى سبک فولادى سرد نورد شده (LSF)

-1 در مناطق با خطر نسبى کم، متوسط و زیاد (مطابق آئین نامه2800 ایران) استفاده از این سیستم سازه ا ى به عنوان قاب ساختمانى ساده به همراه دیوار برشى بتن مسلح حداکثر در پنج طبقه یا ارتفاع  18 متر از تراز پایه بلامانع است.

-2 استفاده از این سیستم در مناطق با خطر نسبى کم، متوسط و زیاد) مطابق آئین نامه 2800 ایران) تا حداکثر دو طبقه یا ارتفاع  7/20 متر از تراز پایه، با اجراى مهاربندى قطرى بلامانع است.

-3 به کارگیرى این سیستم در مناطق لرزه خیز با خطر نسبى بسیار زیاد(مطابق آئین  نامه 2800 ایران) مجاز نیست.

-4 به کارگیرى حداکثر دهانه 5 متر و حداکثرا رتفاع ناخالص (باا حتساب ضخامت سقف  60/3 (متر براى هر طبقه در این سیستم مجاز است.

-5 طراحى کلیه اجزاء و اتصالات بر اساس استانداردهاى  AISI و طرح سازه ا ى و لرزه ا ى آن بر اساس آئین نامه های IBC 2003 ASCE  7-05 و ویرایش هاى بعد از آن انجام گیرد.

-6 کنترل سازه در مقابل بارباد بر مبناى مقررات ملى ساختمان ایران مبحث ششم و با در نظر گرفتن سیستم مقاوم در مقابل بارجانبى ناشى از زلزله که در بندهاى 1 و 2 آورده شده است انجام شود.

-7 رعایت محدودیت حداکثر بار زنده و مرده به ترتیب 250 کیلوگرم بر مترمربع و 350 کیلوگرم بر مترمربع براى سقف ها الزامى است.

-8 رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر اساس استاندارد  ASTM الزامى است.

-9 رعایت ضوابط فصل 21 آئین نامه  ACI 318 -05  ویرایش هاى پس از آن براى طراحى دیوارهاى برشى بتن مسلح الزامى است.

-10 تأمین ضوابط دیافراگم صلب براى کلیه سقف ها الزامى است.

-11 کلیه اتصالات اعضاى قائم به اعضاى افقى می باید به گونه ا ى باشند که یک پا رچگى اعضا در ارتفاع سازه تأمین شود.

-12 ضوابط مربوط به اجزاء اتصالى شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره می بایستى مطابق آئین نا مه. AISCو استاندارد AISI تأمین شود.

-13 در صورت استفاده از اتصالات جوشى، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکارى اعضاء سرد نورد شده مطابق استاندارد AISI و آئین نا مه هاى AISC و AWS الزامى است.

 -14 سقف ساز ه ا ى این سیستم متشکل از تیرچه فلزى و دال بتن مسلح فوقانى به صورت مقطع مرکب است که می باید بر مبناى ضوابط مقاطع مرکب آئین نامه AISC  و دال هاى بتن مسلح بر مبناى آئین نامه تأمین ACI شود.

 -15 به کارگیرى مصالح بنایى در دیوارهاى خارجى و داخلى مجاز نیست. حداکثر وزن متر مربع سطح دیوار تمام شده در جداکننده هاى داخلى نبایستى بیشتر از 50 کیلوگرم بر متر مربع و در دیوارهاى خارجى نبایستى بیشتر از 100 کیلوگرم بر مترمربع باشد.

-16 لازم است تمهیدات لازم به منظور عدم مشارکت پانل هاى غیر باربر و جداکننده ها در سختى جانبى سازه صورت پذیرد.

-17 لازم است تمهیدات لازم متناسب با شرایط مختلف اقلیمى و محیط هاى خورنده ایران صورت پذیرد.

-18 کلیه مصالح و اجزاء در این سیستم اعم از معمارى و سازه ا ى از حیث دوام، خوردگى، زیست محیطى و غیره می بایستی بر مبناى مقررات ملى ساختمان ایران و یا آئین نا مه هاى ملى یا معتبر بین ا لمللى شناخته شده و مورد تأیید، به کار گرفته شود.

-19 الزامات مربوط به انرژى باید مطابق مبحث نوزدهم مقررات ملى ساختمان رعایت شود.

-20 در صورتى که عایق حرارتى به صورت پرکننده اجرا شود، باید نوع و ضخامت عایق، مقاومت حرارتى مورد نیاز را تأمین کند.

-21 به منظور کاهش اثر پل حرارتى، لازم است حد فاصل وادارها (Stud) و لایه خارجى جداره با نوعى عایق حرارتى  متراکم پر شود.

-22 لازم است ملاحظات کامل هوابندى در جداره هاى داخلى و خارجى، بازشوها و هم چنین محل نصب اجزاء اتصالى نظیر پیچ و مهره، با توجه به اقلیم مورد نظر و نیز خطر میعان به عمل آید.

-23 رعایت مبحث سوم مقررات ملى ساختمان درخصوص حفاظت ساختمان ها در مقابل حریق و هم چنین الزامات نشریه شماره 444 مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره ها در مقابل حریق با درنظر گرفتن ابعاد ساختمان، کاربرى و وظیفه عملکردى اجزاى ساختمانى الزامى است.

-24 صدابندى هوابرد جداکننده هاى بین واحدهاى مستقل و پوسته خارجى ساختمان و صدابندى سقف بین طبقات می با یست مطابق مبحث هجدهم مقررات ملى ساختمان تامین شود.

-25 اخذ گواهی نامه فنى براى محصول تولیدى، پس از راه اندازى خط تولید کارخانه، از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامى است.

تعیین آزمایشی تلفات در لوله های با قطر کوچک

 تعیین آزمایشی تلفات در لوله های با قطر کوچک

مقدمه : یکی از عمومی ترین مسائل در مکانیک سیالات تخمین افت فشار است.

بنابراین هدف از این آزمایش بررسی افت فشار در اجزا مختلف یک سیستم لوله کشی می باشد.

شرح دستگاه : دستگاه مورد استفاده در این آزمایش شامل دو مدار کاملاً مجزا هیدرولیکی است که یکی به رنگ آبی روشن و دیگری به رنگ آبی تیره قابل مشاهده است که هرکدام از تعدادی اجزا سیستم لوله کشی تشکیل شده اند. دستگاه به یک میز هیدرولیکی وصل شده است.

ورودی جریان بطور مستقیم از میز به هر دو سیستم وارد شده که با قرار دادن دو شیر فلکه در انتهای هر مسیر می توان شدت جریان با باز و بسته کردن فلکه ها کاملاً قابل کنترل است.

اجزا هریک از مدارها بصورت زیر می باشند:

       1.         شیر فلکه کشوئی

       2.        مدار آبی تیره

خم زانوئی استاندارد

       3.         خم تیز 90 درجه

       4.         لوله صاف

       5.         شیر فلکه بشقابی

       6.         افزایش ناگهانی سطح مقطع

       7.        مدار آبی روشن

کاهش ناگهانی سطح مقطع

       8.         خم 90 درجه با شعاع 150 میلیمتر

       9.         خم 90 درجه با شعاع 100 میلیمتر

     10.       خم 90 درجه با شعاع 50 میلیمتر

در تمامی موارد (بجز شیر فلکه بشقابی و کشوئی) تغییر فشار در طول هر یک از اجزا بوسیله یک جفت لوله فشار سنج تحت فشار اندازه گیری می شود.

در مورد شیرهای اندازه گیری فشار بوسیله لوله U شکل شال جیوه اندازه گیری می شود. (به علت اختلاف فشار زیاد دو سر شیر).

شرح آزمایش  :

 همانطور که قبلاً گفته شد دستگاه دارای دو مدار کاملاً مجزا است و در مرحله اول یکی از مدارها را با بستن شیر فلکه خروجی آن کاملاً از مدار خارج می کنیم.

ابتدا پمپ را روشن کرده و شیر آب روی میز هیدرولیکی را تا آخر باز می کنیم و شیر فلکه بشقابی را کاملاً می بندیم و شیر فلکه کشوئی را کاملاً باز می کنیم. مشاهده می شود که آب در مدار آبی روشن جریان پیدا نمی کند و اختلاف فشار دوسر همه اجزا آن صفر است. ابتدا دبی دستگاه را به وسیله میز هیدرولیکی اندازه می گیریم ( با بالا گرفتن دسته دستگاه آب داخل مخزن دستگاه را خالی می کنیم و پس از خالی شدن آب بر اثر وزن طرف دیگر مخزن داخل دستگاه بالا می رود و سوپاپ داخل دستگاه بسته می شود پس از آن اهرم دستگاه را می بندیم و پس از برخورد دسته با اهرم یک وزنه 2 کیلویی بر روی دسته می گذاریم چون نسبت طول بازو دو طرف دسته 1 به 3 است پس از پر شدن مخزن به میزان 6 کیلوگرم دوباره دو طرف هموزن شده و دسته دوباره به بازو برخورد میکند حال با تقسیم 6 بر زمان بین برخورد اولیه و ثانویه دبی دستگاه بر حسب لیتر بر ثانیه بدست می آید) و سپس اهرم را زیر بازو ترازو قرار می دهیم تا آب خروجی مخزن با آب ورودی آن برابر شود و باعث تغییر در دبی جریان نشود.

سپس مانومتر های 1 تا 6 و مانومترهای جیوه ای دوسر شیر فلکه کشوئی را می خوانیم و در جدول یک قرار می دهیم و سپس شیر فلکه را کمی می بندیم تا دبی عبوری از دستگاه کاهش یابد و عملیات فوق را مجدداً انجام می دهیم این عمل را در 8 مرحله انجام می دهیم و پس از آن شیر فلکه کشوئی را می بندیم و شیر فلکه بشقابی را باز می کنیم مشاهده می شود که آب در مدار آبی روشن جریان می یابد مانومتر های 7 تا 16 و مانومترهای دو سر شیر بشقابی را می خوانیم و آنها را در جدول 2 قرار می دهیم در این حالت نیز با بستن تدریجی فلکه در 8 مرحله با دبی های مختلف افت فشارهای مختلف را بدست می آوریم.

جدول محاسبات برای مدار آبی تیره

U_Tube (cm) Hg				Piezometer Tube Readings (cm) Water														Time to Collect x Kg of Water (s)					Test Number
Gate Valve				5                     6					3                    4					1                   2				Time (s)			Weight (Kg)
302		312		775			1169		650		882			360		725		26.53			6		1
279		335		814			1160		674		878			412		728		27.86			6		2
260		355		848			1151		692		873			454		730		30.10			6		3
233		380		895			1143		718		865			550		731		33.86			6		4
212		399		930			1134		738		861			467		733		37.29			6		5
184		426		976			1112		736		854			599		730		45.86			6		6
158		453		1012			1109		791		847			644		729		58.81			6		7
145		465		1057			1099		811		842			691		729		1.31.81			6		8
120		496		1088			1095		838		841			736		725		5.42.3			6		9
U_Tube (cm) Hg			Piezometer Tube Readings (cm) Water																	Time to Collect x Kg of Water (s)				Test Number
Gate Valve			15      16			13       14				11        12			9        10				7          8			Time (s)		Weight (Kg)
389	425		469		756	335		680		386		658	469		706		720		675	24.61		6		1
364	450		510		746	392		671		431		658	510		704		715		678	27.29		6		2
339	475		541		739	435		673		469		652	543		703		712		682	30.36		6		3
314	500		573		730	480		667		505		656	575		700		709		685	34.28		6		4
287	525		605		721	525		660		543		653	608		699		705		688	42.18		6		5
262	550		635		712	564		554		576		650	638		698		702		691	51.61		6		6
233	575		668		703	609		647		614		647	673		698		700		695	1.21.59		6		7

افت لوله صاف :

هدف از این آزمایش بدست آوردن روابط زیر است

        ·افت ارتفاع تابعی از آهنگ جریان حجمی است.

        ·ضریب اصطکاک تابعی از عدد رینولدز است.

ابتدا با رسم نمودار hL و Q بصورت لگاریتمی ( نمودار 1 ) رابطه بین کاهش ارتفاع – آهنگ جریان حجمی بدست می آید. نمودار نشان می دهد hL=KQn می باشد.. مقدار کم این عدد نسبت به مقدار مورد قبول برای جریانهای آشفته 75/1 تا 00/2 بعلت هموار بودن لوله و کوچک بودن عدد رینولدز در مقایسته با دیگر حالات بدست آمده است.

همچنین میتوانیم نمودار بین عدد رینولدز(Re) و ضریب اصطکاک (f) را رسم کنیم.

υ

همچنین ضریب اصطکاک را می توان بوسیله معادل بلازیوس نیز بدست آورد:f=0.0785/Re¼

ضریب اصطکاک و عدد رینولدز در لوله صاف ( مدار آبی تیره )

f	hl	Re	Q x	No Test
6.978	232	2.361	2.262	1
6.766	204	2.248	2.154	2
7.013	181	2.08	1.993 99	3
7.132	147	1.859	1.781	4
7.311	123	1.6793	1.0619	5
7.915	88	1.365	1.308	6
8.283	56	1.0646	1.02	7
11	31	0.682	0.6235	8
15	3	0.183	0.1753	9

افزایش ناگهانی سطح مقطع :

هدف از این آزمایش مقایسه افزایش ارتفاع در طول افزایش مقطع ناگهانی با افزایش ارتفاع محاسبه شده با استفاده از فرض های :

        ·بدون افت ارتفاع

        ·با افت ارتفاعی معادل hL=(V1-V2)2/2g

سپس نمودار تغییر ارتفاع بدست آمده نسبت به تغییر ارتفاع محاسبه شده را رسم می کنیم– در سه حالت با افت بدست آمده ، بدون افت و با افت معادل (V1-V2)2/2g.

از روی نمودار مشاهده می شود که با در نظر گرفتن افتی معادل (V1-V2)2/2g ، نمودار افت بدست آمده بسیار نزدیک به افت واقعی محاسبه شده به ما می دهد.

همچنین میتوانیم نمودار افت فشار بر حسب دبی را در این سه حالت رسم.

افزایش ارتفاع  محاسبه شده بدون افت ( ) متر	افزایش ارتفاع محاسبه شده با افت() متر	متر محاسبه شده توسط رابطه *	افزایش ارتفاع اندازه گیری شده متر			افت اندازه گیری شده متر	Test No
133	56	77	88	0.425	1.678	45	1
108	46	62	71	0.408	1.514	37	2
87	37	50	57	0.367	1.36	30	3
69	29	40	45	0.326	1.208	24	4
45	19	26	28	0.264	0.979	17	5
30	13	17	19	0.216	0.801	11	6

کاهش ناگهانی سطح مقطع :

 در این آزمایش نیز همانند آزمایش قبل هدف از انجام آزمایش مقایسه افزایش ارتفاع در طول کاهش مقطع ناگهانی با افزایش ارتفاع محاسبه شده با استفاده از فرض های :

        ·بدون افت ارتفاع

        ·با افت ارتفاعی معادل hL=K. V2/2g

می باشد

با رسم نمودار های با در نظر گرفتن افتی معادل hL=K. V2/2g، بدون در نظر گرفتن افت و نمودار افت تجربی بر حسب افت تجربی مشاهده می شود که اینبار نمودار افت تجربی دارای کمترین شیب می باشد و افت در نظر گرفته تغریب مناسبی از افت واقعی را به ما می دهد.

1.0	0.8	0.6	0.4	0.3	0.2	0.1	0
0	0.06	0.18	0.30	0.36	0.41	0.46	0.5	K

کاهش ارتفاع  محاسبه شده بدون افت ( ) متر	کاهش ارتفاع محاسبه شده با افت() متر	متر محاسبه شده توسط رابطه *	کاهش ارتفاع اندازه گیری شده متر		افت اندازه گیری شده متر	Test No
133	187	54	370	1.978	237	1
108	152	44	302	1.514	194	2
87	122	35	247	1.36	160	3
69	97	28	194	1.208	125	4
45	63	18	136	0.979	91	5
30	42	12	90	0.801	60	6

افت در خم ها و زانویی ها :

در این آزمایش هدف اندازه گیری ضریب افت زانویی هاست. افت خوانده شده پیزومتر ئو سر زانویی نشانگر افت زانویی و افت اصطکاکی طولی لوله است که برای پیدا کردن افت اصطکاکی از رابطه ای که در لوله صاف بدست آورده بودیم یعنی hL=211749Q1.6362 استفاده می کنیم و با کم کردن افت اصطکاکی از افت کل، افت زانویی بدست می آید. و از رابطه h=K.V2/2g می توان ضریب افت زانویی را بدست آورد.

سپس نمودار ضریب افت را نسبت به دبی رسم می کنیم.

زانوها _ آبی تیره

										Test Number
زانوی تیز	زانوی استاندارد	زانوی تیز	زانوی استاندارد	زانوی تیز	زانوی استاندارد	زانوی تیز	زانوی استاندارد
1.31	1.07	3.18	2.94	162	133	394	365	232	1.56	1
1.27	1.00	3.10	2.83	142	112	346	316	204	1.48	2
1.27	0.99	3.17	2.88	122	95	303	276	181	1.37	3
1.31	0.44	3.21	2.35	101	34	248	181	147	1.23	4
1.29	1.00	3.25	2.96	81	63	204	186	123	1.11	5
0.12	1.04	3.46	3.17	5	43	143	131	88	0.9	6
1.64	1.16	3.88	3.40	41	29	97	85	56	0.7	7
1.11	0.71	4.25	3.85	11	7	42	38	31	0.44	8
5.45	8.17	9.53	12.26	4	6	7	9	3	0.12	9

خم ها _ آبی روشن

	خم 150			خم 100			خم 50					Test Number
	0.742	1.89	272	0.828	2.40	345	0.914	2.00	287	1.68	2.44	1
	0.742	1.94	227	0.828	2.39	279	0.914	2.02	236	1.51	2.2	2
	0.742	1.93	183	0.828	2.51	238	0.914	2.09	198	1.36	1.98	3
	0.742	2.03	151	0.828	2.51	187	0.914	2.11	157	1.21	1.755	4
	0.742	2.25	110	0.828	2.76	135	0.914	2.38	116	0.98	1.422	5
	0.742	2.27	74	0.828	2.76	90	0.914	2.36	77	0.80	1.163	6
	0.742	0.03	33	0.828	0.03	38	0.914	0.03	35	5.06	7.35	7

زانوی تیز		زانوی استاندارد		خم 150		خم 100		خم 50		Test No
KB	KL	KB	KL	KB	KL	KB	KL	KB	KL
1.31	3.18	1.07	2.94	0.41	1.89	0.74	2.40	0.17	2.00	1
1.27	3.10	1.00	2.83	0.47	1.94	0.74	2.39	0.20	2.02	2
1.27	3.17	0.99	2.88	0.46	1.93	0.87	2.51	0.27	2.09	3
1.31	3.21	0.44	2.35	0.54	2.03	0.85	2.51	0.28	2.11	4
1.29	3.25	1.00	2.96	0.76	2.25	1.1	2.76	0.54	2.38	5
0.12	3.46	1.04	3.17	0.78	2.27	1.1	2.76	0.53	2.36	6
1.64	3.88	1.16	3.40	1.04		1.25		0.85		7
1.11	4.25	0.71	3.85							8
1.17	3.44	0.93	3.05	0.64	1.54	0.95	1.92	0.41	1.62	Average(K)

افت در شیر فلکه ها :

هدف از این آزمایش بدست آوردن رابطه ای میان ضریب افت و آهنگ جریان حجمی برای شیر بشقابی و شیر کشویی است.

و طبق رابطه hL=KV2/2g مقدار K را بدست می آوریم و نمودار آن را بر حسب دبی حجمی عبوری رسم می کنیم.

Gate valve			Globe valve			Test No
K	درصد باز بودن		K	درصد باز بودن
1.10	100%	2.262	32.60	100%	2.44	1
6.82	95%	2.154	32.64	90%	2.2	2
13.50	88%	1.993	34.32	81%	1.98	3
25.92	79%	1.781	34.07	72%	1.755	4
40.48	47%	1.0619	37.49	58%	1.422	5
79.60	58%	1.308	37.51	48%	1.163	6
160.58	45%	1.02				7
440.86	28%	0.6235				8
6964.44	8%	0.1753				9

چند تا رتبه و گرایش قبولی آزمون ارشد 86 مهندسی عمران

سلام بر شما دوستان گرامی

چند تا رتبه و گرایش قبولی آزمون ارشد 86 رو گذاشتم.

414        راه و ترابری           خواجه نصیر

225        خاک و پی              علم و صنعت

108        زلزله                     امیرکبیر

44          زلزله                      شریف

807        سازه هیدرولیکی        خواجه نصیر (شبانه)

905        محیط زیست             خواجه نصیر

424        خاک و پی                تربیت مدرس

89          راه و ترابری            علم و صنعت

189        سازه                       علم و صنعت

276        سازه                        تربیت مدرس

323        حمل و نقل                علم و صنعت

615        سازه                       فردوسی مشهد (شبانه)

703        راه و ترابری             فردوسی مشهد

500        آب                           تهران

490        محیط زیست              تهران

140        حمل و نقل                 شریف

57          راه                          شریف

460        راه فردوسی               مشهد

397        راه خواجه                  نصیر

360        سازه هیدرولیکی        علم و صنعت

170        زلزله                       تربیت مدرس

115        سازه هیدرولیکی         شریف

319       خاک و پی                  خواجه نصیر

830        سازه                         سمنان

850        سازه هیدرولیکی          اهواز

 1100     سازه هیدرولیکی          اهواز (شبانه)

350         سازه                        صنعتی اصفهان

950         خاک و پی                 اهواز

252          سازه                       خواجه نصیر

620         خاک و پی                 خواجه نصیر (شبانه)

78            سازه                       دانشگاه تهران

750          خاک و پی                 بوعلی

272          زلزله                      خواجه نصیر

445          زلزله                      پژوهشگاه زلزله

530          سازه دریایی             خواجه نصیر

آزمایش اندازه گیری گرمای نهان تبخیر

آزمایش اندازه گیری گرمای نهان تبخیر

مختصری از تئوری آزمایش:

­            در این آزمایش می خواهیم ضریب هدایت حرارتی مس را اندازه گیری کنیم.

            هدایت حرارت:

اگر دمای طرفین جسمی با هم اختلاف داشته باشد، گرما از قسمتی که دارای دمای بیشتری است به قسمتی که دمایش پایین تر می باشد منتقل می شود. اگر ضخامت جسم e باشد و دمای طرفین آن    باشد، مقدار انرژی گرمایی که در زمان  از طرف گرم تر به طرف سرد تر منتقل می شود برابر است با:

که در آن S سطح مقطع جسم، k ضریب هدایت حرارتی آن است. k در دستگاه cgs بر حسب سنجیده می شود.

            شرح دستگاه:

          تمام دستگاه را درون نمد قرار می دهند تا عایق بندی شده و تعادل گرمایی آن نا چیز باشد. دستگاه از یک میله مسی تو پر که قسمت اصلی دستگاه می باشد تشکیل یافته است. یک انتهای میله، لوله باریکی به شکل مارپیچ، پیچیده شده است که با وصل کردن آن به شیر آب ، آب سرد در این لوله باریک جریان پیدا می کند. در انتهای دیگر میله مسی، فضایی موجود است که بخار آب حاصل از جوشیدن آب درون ارلن مایر وارد این محفظه شده، پس از تبادل حرارتی با میله مسی از دستگاه خارج می شود. دماسنج های A و B دمای دو نقطه از میله مسی را که به فاصله e از هم قرار دارند نشان می دهند. دماسنج A به طرف گرمتر میله نزدیک تر است.

مختصری از شرح آزمایش:

            بیشتر از نصف ارلن مایر را آب ریخته و آنرا روی توری قرار داده شده روی سه پایه می گذاریم و درپوش آنرا محکم می بندیم. حال چراغ را روشن کرده و زیر ارلن مایر قرار می دهیم. شعله را طوری تنظیم می کنیم که گرما به طور یکنواخت به ارلن مایر برسد. کمی صبر می کنیم تا آب به جوش آید و بخار حاصل از دستگاه خارج گردد. در این حال شیر آب را به آرامی باز می کنیم و دقت می کنیم جریان آب به طور یکنواخت و با دبی کم از دستگاه خارج شود. ارلن مایر را یکنواخت گرم می کنیم تا همواره بخار آب از دستگاه خارج شود. حال تقریبا دو دقیقه یک بار دمای دماسنج ها را یادداشت می کنیم و اختلاف دمای دماسنجهای A و B و اختلاف دمای دماسنجهای C و D را یادداشت می کنیم و این کار را ادامه می دهیم تا این اختلافات ثابت شود ( و نه لزوما برابر. تا 0.1 درجه اختلاف کافی است) . در چنین حالتی دمای دماسنجهای A و B و C و D را یادداشت می کنیم و بلافاصله بشر را زیر لوله

خروجی آب قرار می دهیم و مقدار آبی که در زمان معین (اینجا 1 دقیقه) از آن خارج می گردد را جمع آوری کرده و وزن می کنیم. چون دستگاه را ایزوله فرض نموده ایم، مقدار گرمایی که در زمان  از نقطه A به نقطه B رسیده است، صرف گرم شدن آبی شده که در این مدت از لوله مارپیچی عبور کرده و در بشر جمع آوری شده است. اگر درجه دماسنج های A و B را به ترتیب  قرار دهیم، حرارت هدایت شده توسط لوله مسی از نقطه A به نقطه B برابر است با:

و اگر درجه حرارت دماسنج های C و D را به ترتیب با    نشان دهیم، مقدار حرارتی که صرف گرم شدن آب جاری شده برابر است با :

لدا بنا بر تعادل حرارتی : :

از طرفی داریم:

که در آن d قطر میله مسی،  e ضخامت لوله  و c گرمای ویزه آب می باشد.

این آزمایش را با سه دبی مختلف (هر دفعه دبی را زیاد می کنیم) انجام می دهیم و برای هر دفعه k  را محاسبه می کنیم.

محاسبه k :

          در آزمایش اول داده های زیر بدست آمد:

TA(c)	TB(c)	TC(c)	TD(c)	TA-TB	TC-TD
77	58	35	21.5	19	13.5
78.8	54.2	32.1	21	24.6	11.1
78.1	52.2	31.6	21	25.9	10.6
77.6	51.6	30.7	20.6	26	10.1
77.4	51.2	31.1	20.5	26.2	10.6
77.2	50.9	30.3	20.2	26.3	10.1
77	50.8	30.1	20	26.2	10.1
76.8	50.4	30.1	20	26.4	10.1
76.8	50.5	30	19.9	26.3	10.1
76.7	50.4	29.8	19.7	26.3	10.1

و مقدار آب جمع آوری شده توسط بشر  بدست آمده است.

حال   (ضریب بدست آمده برای آزمایش اول) را بدست می آوریم:

در آزمایش دوم داده های زیر بدست آمد:

TA(c)	TB(c)	TC(c)	TD(c)	TA-TB	TC-TD
76	48.4	25.2	18.7	27.6	6.5
75.7	48	25	18.5	27.7	6.5
75.6	47.9	24.9	18.4	27.7	6.5

که   را به همان روش قبل بدست می آوریم و داریم:

در آزمایش سوم داده های زیر بدست آمد:

TA(c)	TB(c)	TC(c)	TD(c)	TA-TB	TC-TD
75.5	47.1	22.1	17.6	28.4	4.5
75.1	46	21.7	17.4	29.1	4.3
74.8	45.5	21.5	17.3	29.3	4.2
74.6	45.3	21.5	17.3	29.3	4.2
74.5	45.2	21.4	17.2	29.3	4.2

که  را بدست می آوریم:

پس در یک جمع بندی داریم:

محاسبه میانگین و خطای میانگین و تصحیح ارقام کمیت ها:

          برای بدست آوردن  داریم:

حال برای محاسبه خطای میانگین () از واریانس استفاده می کنیم:

بنا بر این:

محاسبه خطای نسبی و مطلق کمیت ها از طریق روش دیفرانسیل لگاریتمی:

          می توان k را تابعی از متغیر های :   در نظر گرفت، بنا براین:

و از طرفی :

حال خطای  را محاسبه می کنیم:

بنابر این:

و برای  داریم:

بنا بر این:

و برای  داریم:

بنابر این:

آزمایش تعیین ضریب ویسکوزیته

آزمایش تعیین ضریب ویسکوزیته

مختصری از تئوری آزمایش:

لوازم آزمایش:لوله شیشه ای محتوی گیلیسیرین سوارشده بر سه پایه . زمان سنج ساچمه های فولادی خط کش و ریز سنج

تعریف ویسکوزیته : اگر سیالی در امتدادی در حرکت باشد لایه های مختلف سیال باسرعت های متفاوت حرکت می نمایند این حرکت ناپایدار است. وسریعا سرعت ها متعادل می گردند به عبارت دیگر قشرهایی که کندتر حرکت می کنند تندتر ولایه هایی که تندتر در حرکت هستند کندتر می شوند این پدیده را اصطکاک داخلی یا ویسکوزیته گویند.

            اگردرامتداد محور yعمود برمسیر حرکت سیال دو نقطه نزدیک به هم به فاصله dy در نظر میگیریم. سرعت جریان سیال از یکی از این دو نقطه تا نقطه ی دیگر به اندازه dv تغییر میکند. اگر در لحظه ای عوامل ایجاد حرکت سیال را حذف نماییم سرعت لایه های مختلف شروع به تعادل میکند. برای این حالت باید نیروی اصطکاک داخلی بین قشرهای داخلی سیال وجود داشته باشد. مقدار این نیرو برای واحد سطح لایه متناسب است با گرادیان سرعت یعنی:

تصویر این رابطه بر روی محور x به صورت زیر است:

ضریب  را ضریب ویسکوزیته می نامند.

قانون استوکس: یکی از طرق اندازه گیری ضریب ویسکوزیته هرگاه کره کوچکی به شعاع r داخل مایع سقوط کند نیروی اصطکاک r که سبب کندی حرکت آن میشود معادل است با:

طبق شکل این رابطه برقرار است وقتی گلوله به سعت حدمی رسد:

اگر حجم گلوله V جرم مخصوص گلوله و مایع d و  d’باشد میتوان رابطه را به صورت زیر نوشت:

            اگرگلوله مسافتlبا سرعتدر زمان t طی کرده باشد:

اگر آزمایش را با گلوله های مختلف انجام دهیم ومنحنی r^2را نسبت به 1/tخط مستقیم به دست می ایدکه ضریب زاویه ای خط عبارت است از:

با داشتن می توان را بدست آورد.

شرح آزمایش:

          ابتدا قطر گلوله ها را اندازه گیری می کنیم. برای این آزمایش داده های زیر بدست آمد.

تذکر می دهیم که در ابتدا انحراف از مبدا ریز سنج -0.03mm می باشد. که داده های جدول زیر با اعمال این انحراف می باشد.

D(mm)
6.32
6.34
5.51
6.28
2.96
4.71
4.69

حال تک تک ، گلوله ها را از بالای لوله به داخل مایع می اندازیم و زمان بین دو نقطه معین را اندازه گیری می کنیم. این فاصله در این آزمایش  می باشد. زمانهای لازم برای هر کدام از این گلوله ها به شرح زیر می باشد.

D(mm)	t(s)
6.29	3
6.31	2.9
5.48	3.35
6.25	3.1
2.93	10.3
4.68	4.5
4.66	4.6

برای بدست آوردن معادله خط جدولی در دستگاه C.G.S تهیه می کنیم. با استفاده از این جدول معادله تغییرات  بر حسب  به کمک روش حداقل مربعات مانده ها و در حالتی که خط از مبدا می گذرد، محاسبه می نماییم. معادله خط بدست آمده رسم می کنیم. و همینطور با توجه به روابط بالا  را محاسبه می کنیم.

l(cm)	r(cm)	t(s)	r^2(cm^2)	1/t(1/s)
50.1	0.0316	3	0.000999	0.333333
50.1	0.0317	2.9	0.001005	0.344828
50.1	0.02755	3.35	0.000759	0.298507
50.1	0.0314	3.1	0.000986	0.322581
50.1	0.0148	10.3	0.000219	0.097087
50.1	0.02355	4.5	0.000555	0.222222
50.1	0.02345	4.6	0.00055	0.217391

تغییر متغییر های زیر را انجام می دهیم:

که با توجه به تغییر متغییرهای بالا داریم:

x	y	xx	xy
0.333333	0.000999	0.111111	0.000333
0.344828	0.001005	0.118906	0.000347
0.298507	0.000759	0.089107	0.000227
0.322581	0.000986	0.104058	0.000318
0.097087	0.000219	0.009426	2.13E-05
0.222222	0.000555	0.049383	0.000123
0.217391	0.00055	0.047259	0.00012
sum		sum	sum
1.83595		0.52925	0.001488

پس:

پس داریم:

خواسته:

          خطای  را محاسبه می کنیم.

می توان برای بدست آوردن خطای  از رابطه زیر استفاده کرد:

خطای  را می نامیم.

d	dd
-6.13848E-05	3.76809E-09
-3.53984E-05	1.25304E-09
8.02589E-05	6.44149E-09
-7.90162E-05	6.24356E-09
5.39237E-05	2.90776E-09
7.0181E-05	4.92537E-09
6.12987E-05	3.75754E-09
	sum
	2.92969E-08

برای بدست آوردن  داریم:

که در آن :

پس:

حال اگر خطای  را  بنامیم داریم:

پس:

خواسته:

سوال 1 : علت رها کردن گلوله از نزدیکی سطح مایع چیست ؟

به این دلیل که سرعت اولیه نداشته باشد و ما مطمئن باشیم از نقطه اتخابی ما به سرعت حد رسیده باشد.

سوال 2 :آیا انتخاب محل نقطه A  در لوله شیشه ای اختیاری است؟ چرا؟

نقطه باید از یک مقداری بگذرد تا به سرعت حد خود رسیده باشد.

آزمایش اندازه گیری مقاومت ظاهری ( مدار RLC ):

 آزمایش اندازه گیری مقاومت ظاهری ( مدار  RLC ):

تئوری آزمایش:

الف: اثر القاگر در جریان دائم و متناوب : سلف در جریان دائم ومتناوب از خود مقاومت ثابت نشان می دهد بجز در مواقع قطع و وصل جریان . هرگاه یک جریان متغیر از سلف عبور کند طبق رابطه  یک نیروی محرکه القایی در آن به وجود می آید که با عامل بوجود آورنده اش مخالفت می کند . حال اگر این نیروی محرکه القایی و جریان و ولتاژ را که هر سه به صورت سینوسی تغییر می کنند را با هم در نظر بگیریم می بینیم که در هنگامی که جریان صفر است ، ولتاژ و نیروی محرکه القایی مقدار بیشینه دارند که در جهت مخالفند . اما وقتی جریان بیشینه است ولتاژ و نیروی محرکه القایی صفرند. پس در یک القاگر ولتاژ به اندازه  از جریان جلو می باشد.

از طرفی با توجه به رابطه نیروی محرکه القایی ، در مورد اختلاف پتانسیل القاگر می توان نوشت:

که :

با مقایسه این رابطه با رابطه اختلاف پتانسیل می فهمیم که باید از نوع مقاومت باشد که آن را مقاومت القایی  سلف می گوییم که L بر حسب هانری و بر حسب اهم بیان می شود.  عملاًَ نمی توان القاگری ساخت که مقاومت آن صفر باشد.

ب: اثر خازن خالص در جریان دائم : وقتی یک خازن به یک منبع جریان متناوب متصل شود، برای یک لحظه جریان از مدار عبور می کند اما بلا فاصله جریان عبوری صفر می شود. حال اگر خازن در جریان متناوب بکار برده شود ، هرچه ظرفیت خازن و بسامد جریان بیشتر باشد شدت جریان مدار خازن دار بیشتر خواهد بود.

شرح آزمایش :

وسایل مورد نیاز: آمپرسنج ، ولت سنج ، ترانس تغذیه AC ، سیم پیچ با هسته آهنی ، مقاومت متغیر ، خازنهای 4 ، 6 ، 8 و 10 میکروفارادی.

آزمایش اول:

اندازه گیری مقاومت حقیقی القاگر: ابتدا مداری مطابق شکل زیر بستیم که شامل آمپرسنج مستقیم A ، منبع تغذیه E ، دو عدد جعبه مقاوت متغیر و یک القاگر L بود. با در نظر گرفتن مقاومت 50 اهم به عنوان کمترین مقدار کلید مدار را وصل کردیم و تا جایی مقاومت را تغییر دادیم تا جریان به مقدار مشخصی رسید سپس القاگر را از مدار حذف کردیم و دوباره مقاومت را آنقدر تغییر دادیم تا جریان مدار دوباره به همان مقدار قبلی رسید. این دو مقدار مقاومت را یادداشت کرده و تفاضل آن ها را  که مقاومت القاگر است بدست آوردیم. سپس همین کار را برای القاگر دوم هم انجام دادیم.

آزمایش دوم :

اثر خازن در مدار  و اندازه گیری بسامد برق شهر: ابتدا مداری مطابق شکل زیر بستیم که شامل ترانس تغذیه ، خازنهای متغیر ، ولت سنج و آمپر سنج بود. سپس ابتدا خازن را 4 میکرو فاراد تنظیم کرده و ولتاژ و جریان مدار را اندازه گیری کردیم و با زیاد کردن ظرفیت خازن به اندازه 2 میکروفاراد در هر مرحله تا ظرفیت 20 میکرو فاراد این کار را انجام داده و اعداد را یادداشت کردیم.

آزمایش سوم :

اندازه گیری مقاومت ظاهری سیم پیچ با هسته متغیر: ابتدا مداری مطابق شکل زیر بستیم که شامل ترانس تغذیه ، سیم پیچ با هسته متغیر ، ولت سنج و آمپرسنج بود . ابتدا هسته آهنی را کاملا بیرون آورده و با بستن کلید مدار مقدار شدت جریان و ولتاژ را اندازه گرفتیم و سپس هسته آهنی را به مقدار 5cm داخل سیم پیچ بردیم و این کار را در هر مرحله با اضافه کردن 5cm به طول هسته تا تمامی طول آن که 25cm  بود انجا دادیم و نتایج را یادداشت کردیم .

آزمایش چهارم:

اثر القاگر و خازن بر روی هم : ابتدا مداری مطابق شکل زیر بستیم که شامل یک القاگر با هسته ثابت ، خازن های متغیر ، ولت سنج ، آمپرسنج و ترانس تغذیه بود. سپس ظرفیت اولیه خازن را 10 میکروفاراد در نظر گرفته و با بستن مدار مقدار ولتاژ و جریان مدار را اندازه گرفته و یادداشت کردیم . سپس با زیاد کردن ظرفیت خازن به اندازه 2 میکروفاراد در هر مرحله ، این کار را تا ظرفیت 30 میکروفاراد انجا داده و نتایج را یادداشت کردیم.  

محاسبات آزمایش:

آزمایش اول:

-----------	I(mA)		R1(Ω)		R2(Ω)		R(Ω) = R2 - R1
القاگر اول		40		50.1		67.1		17
القاگر دوم	50		51.5		52.5		1

آزمایش دوم:

C(μF)	I(mA)	V(volt)	-----------	ω(rad/s)	N(Hz)	I / V(1/kΩ)
4	5	3.8	-----------	328.9474	52.38015	1.315789474
6	7	3.8	-----------	307.0175	48.88814	1.842105263
8	10	3.8	-----------	328.9474	52.38015	2.631578947
10	12	3.8	-----------	315.7895	50.28495	3.157894737
12	15	3.8	-----------	328.9474	52.38015	3.947368421
14	17.5	3.8	-----------	328.9474	52.38015	4.605263158
16	20	3.8	-----------	328.9474	52.38015	5.263157895
18	22.5	3.8	-----------	328.9474	52.38015	5.921052632
20	25	3.8	-----------	328.9474	52.38015	6.578947368

آزمایش سوم:

l(cm)	I(A)	V(volt)	Z (Ω) = V/I	ω(rad/s)	R(Ω)
0	2.5	3.15	1.26	333.33	1	0.002299675
5	2.25	3.25	1.4444444	333.33	1	0.004333377
10	1.6	3.35	2.09375	333.33	1	0.006281313
15	1.2	3.4	2.8333333	333.33	1	0.008500085
20	0.95	3.45	3.6315789	333.33	1	0.010894846
25	0.8	3.5	4.375	333.33	1	0.013125131

منحنی تغییرات ضریب خودالقایی و تغییرات طول هسته نسبت به جریان :

آزمایش چهارم:

C(μF)	I(mA)	V(volt)	Z = I/V(kΩ)
10	20.5	3.8	0.18536585
12	29	3.8	0.13103448
14	41.5	3.8	0.09156627
16	60	3.8	0.06333333
18	87	3.8	0.04367816
20	115	3.8	0.03304348
22	145	3.8	0.0262069
24	145	3.8	0.0262069
26	125	3.8	0.0304
28	105	3.8	0.03619048
30	90	3.8	0.04222222

منحنی تغییرات Z نسبت به ظرفیت خازن :

مقدار کمینه Z :

« آزمایش شناسایی اسیلوسکپ و آشنایی با کاربرد آن »

« آزمایش شناسایی اسیلوسکپ و آشنایی با کاربرد آن »

شرح آزمایش :

الف – اندازه گیری فرکانس :

ابتدا اتصالات لازم را بین اسیلوسکپ ، ژنراتور و ولت متر ها برقرار کردیم و سپس سرعت جاروب کردن مربع ها ( واحد های ) اسیلوسکپ ر ا 1ms تنظیم کردیم . سپس فرکانس سیگنال خروجی از ژنراتور را 200 Hz قرار داده و از روی شکل نمودار نمایش داده شده در صفحه نمایش اسیلوسکپ ، دوره تناوب سیگنال را با توجه به فاصله دو قله متوالی از هم اندازه گرفته و با معکوس کردن دوره تناوب ، بسامد نمایش داده شده در اسیلوسکپ را محاسبه کردیم و این کار را برای 10 فرکانس مختلف هربار با اضافه کردن 100 Hz به بسامد قبلی انجام داده و نتایج را یادداشت کردیم.

جدول فرکانس های ژنراتور و نتایج بدست آمده از اندازه گیری ها روی اسیلوسکپ به همراه نمودارهای مربوطه :

فرکانس ژنراتور (Hz)	فرکانس اسیلوسکپ (Hz)	شکل امواج
200	1000 / 5.1 = 196.08
300	1000 / 3.4 = 294.12
400	1000 / 2.6 = 384.62
500	1000 / 2 = 500
600	1000 / 1.7 = 588.24
700	1000 / 1.5 = 666.67
800	1000 / 1.3 = 769.23
900	1000 / 1.1 = 909.09
1000	1000 / 1 = 1000
1100	1000 / 0.9 = 1111.11

ب – اندازه گیری ولتاژ :

این بار خروجی روی محور y را صفر کردیم تا فقط یک باریکه روی صفحه اسیلوسکپ نمایش داده شود . سپس خروجی منبع موج را 1v قرار دادیم و ولتاژ نمایش داده شده روی اسیلوسکپ را از روی درجه بندی های دستگاه خوانده و نتایج را برای مقایسه در جدولی یادداشت کردیم .

جدول ولتاژ منبع و نتایج بدست آمده از اندازه گیری ها روی اسیلوسکپ به همراه نمودارهای مربوطه :

ولتاژ منبع (v)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ولتاژ اسیلو- سکپ (v)	1	2.25	3.25	4.25	5.25	6.25	7.5	8.25	9	10
شکل ها

ج – اندازه گیری فرکانس به کمک منحنی های میساژو :

با استفاده از یک فرکانس معلوم می­توان یک فرکانس مجهول را اندازه­گیری کرد. دو موج  و  را در نظر می­گیریم و فرض می­کنیم  را به ورودی  و  را به ورودی  اسیلوسکپ وصل کنیم، اگر :

فرکانس مجهول  را به ورودی  و فرکانس معلوم  را به ورودی  می­دهیم. یک منحنی روی صفحه ظاهر می­شود. اگر  تعداد نقاطی باشند که منحنی یک خط دلخواه افقی و  تعداد نقاطی باشد که منحنی یک خط عمودی دلخواه را قطع می­کند در این صورت این رابطه برقرار است:

ورودی  را روی 600 هرتز ثابت کرده و  فرکانس ورودی  را تغییر دادیم و در هر مرحله نتایح را یادداشت کردیم :

1200	900	800	600	400	300	200	فرکانس    yورودی
4	6	8	2	4	2	2
2	4	6	2	6	4	6
							شکل منحنی

د – یکسوسازی جریان برق شهر:

ابتدا برق شهر را با واسطه یک ترانسفورماتور کاهنده به طور مستقیم به اسیلوسکپ متصل کرده و شکل موج برق شهر را به صورت نمودار شکل زیر به دست آوردیم:

سپس مداری مطابق شکل زیر را واسط میان جریان خروجی از ترانسفورماتور و ورودی اسیلوسکپ قرار دادیم :

در این مدار ورودی اسیلوسکپ را از p1 گرفتیم . ضمنا این مدار طوری است که تمامی اجزای آن به جز دیودها از بیرون به مدار وصل می شوند .

دراین مرحله ابتدا خازن های C1 وC2 را در مدار وارد نکرده و از R ثابت و L = 1mH

استفاده نمودیم. نمودار خروجی در اسیلوسکپ به صورت زیر به دست آمد:

دلیل تغییر نمودار:

 به دلیل وجود دیود موج سینوسی ورودی به مدار یکسو می شود  یعنی از قسمت منفی نمودار صرفنظر می شود . اما به دلیل اتصال ادامه این رشته به سر دیود ها و قرار داشتن مقاومت R در مدار در هنگامی که جریان در جهت منفی است و دیود اجازه عبور به آن نمی دهد، جریان در مدار از طریق رشته رابط و بدلیل مقاومت آن در جهت مثبت برقرار می- شود و مانند این عمل می کند که مقدار جریان همیشه در جهت مثبت برقرار می شود ( قدرمطلق جریان ) .

در مرحله بعد خازن C1 را وارد مدار کرده و نمودار زیر را در اسیلوسکپ مشاهده نمودیم:

دلیل تغییر نمودار:

 وقتی به دو سر خازن جریان متناوب اعمال می کنیم ، به صورت تناوبی شروع به شارژ و دشارژ می کند . در زمان شارژ جریانی از خازن خارج نمی شود و مدار حالت قبل از ورود خازن را دارد . اما دشارژ خازن باعث می شود که زمان رسیدن جریان مدار به صفر، افزایش می یابد و نمودار در این حالت کشیده تر می شود .

در مرحله بعد ضریب خودالقایی القاگر L را به l = 4.5mH افزایش داده و نمودار زیر را در اسیلوسکپ مشاهده نمودیم :

دلیل تغییر نمودار:

 با افزایش ضریب خودالقایی ، نیروی محرکه القایی در جهت مخالفت با جریان مدار و در نتیجه جریان مخالف افزایش یافته و این امر باعث کاهش زمان شارژ و دشارژ خازن شده و دامنه نوسان نمودار را کاهش می دهد .

در مرحله بعد مقاومت مدار را افزایش داده و نمودار زیر را در اسیلوسکپ مشاهده نمودیم :

دلیل تغییر نمودار: با افزایش مقاومت ، زمان شارژ و دشارژ خازن افزایش می یابد به طوری که با افزایش مقاومت در فرکانس ثابت خازن کمتر شارژ شده و دامنه موج کاهش می­یابد.

آزمایش اندازه گیری گرمای نهان تبخیر

آزمایش اندازه گیری گرمای نهان تبخیر

مختصری از تئوری آزمایش :

تعریف: گرمای نهان تبخیر مقدار حرارتی است که واحد جرم آب می گیرد تا بدون تغییر دما در فشار ثابت به بخار تبدیل شود.

اگر m گرم بخار مایعی را توسط یک میعان کننده در داخل گرماسنجی به مایع تبدیل کنیم تا دمای گرماسنج از  به   تغییر کند , در صورتی که گرمای نهان تبخیر را L , گرمای ویژه مایع درون گرماسنج را ()c, ارزش آبی گرماسنج و میعان کننده و دما سنج را A جرم مایع درون گرماسنج را M و دمای تبخیر را t بنامیم ؛ طبق تعریف تعادل حرارتی داریم :

با معلوم بودن A,M,C  و اندازه گیری (),()و() می توانL را محاسبه کرد .برای بدست اوردن    Lابتدا لازم است ابتدا ارزش ابی گرما سنج ، میعان کننده و دماسنج را اندازه گیری نمود.

شرح آزمایش:

آزمایش(1): اندازه گیری ارزش آبی مجموعه گرماسنج:

ابتدا گرماسنج را بوسیله پارچه تمیز خشک مینماییم .این گرماسنج به علت  دو جداره بودن وصیقلی بودن تبادل حرارتی ان با محیط نا چیز است لذا گرماسنج خوبی است. حال جداره خارجی میعان کننده را به وسیله پارچه تمیز خشک کرده و درون آن را در صورت امکان با حرارت خشک می نماییم. و سپس جرم آنرا اندازه می گیریم.( m)  و از منفذ موجود در درپوش گرماسنج عبور می دهیم. درپوش را در دهانه گرماسنج طوری قرار می دهبم که دو سر لوله میعان کننده در خارج گرماسنج قرار گیرد.

حالا حدود cc 450آب را تا حدود  ه 70 داخل بشر گر م کرده, سپس آنرا به دقت وزن می کنیم.() تقریبا تمام آب گرم را در گرماسنج می ریزیم . بشر خالی وآب باقی مانده را دوباره به دقت وزن می کنیم.().جرم آب درون گرماسنج از رابطه ()بدست می آید.ابتدا گرما سنج را هم زده و دمای تعادل را پس از یک حدود یک دقیقه یادداشت می کنیم.()سپس حدود cc 250   آب به دمای محیط (پس از اندازه گیری به وسیله یک دماسنج دقیق)() را به درون گرما سنج اضافه می کنیم. به روش بالا جرم دقیق آب را اندازه می گیریم.() در پوش گرما سنج را محکم می بندیم و به هم می زنیم.اکنون دمای تعادل را یادداشت می کنیم(T)  با در دست داشتن مقادیر فوق  قرار دادن آنها در رابطه تعادلی زیر مقدار A را حساب می کنیم.

آزمایش دو :

اکنون ارلن مایر را تا یک سوم ارز آب پر می کنیم ودرپوش آنرا گذاشته و روی شعله چراغ گاز قرار می دهیم. هنگامی که بخار آب از شلنگ متصل به لوله ارلن خارج شد , شعله چراغ را کم می کنیم تا خروج بخار آب یکنواخت گردد. دمای گرماسنج را یادداشت کنید.()دهانه لوله را به انتهای قسمت مارپیچ میعان کننده وصل می کنیم. بخار آب در اثر عبور از قسمت مارپیچی و تماس با محیط سردتر مایع می شود.و در مخزن میعان کننده جمع می شود. پس از حدود سه دقیقه ورود بخار آب به میعان کننده را قطع می کنیم و حدود دو دقیقه گرماسنج را هم می زنیم. از ایجاد تعادل حرارتی اطمینان پیدا کرده و دمای تعادل را یادداشت می کنیم .()حال میعان کننده را از داخل گرماسنج بیرون می آوریم .جداره خارجی آنرا خشک نموده ,وزن می کنیم.() به این ترتیب مقدار بخار آبی را که در میعان کننده به آب تبدیل شده به دست می آید.()با در نظر گرفتن رابطه تعادل حرارتی زیر, مقدار L گرمای نهان تبخیر آب محاسبه می شود

 

آزمایش اندازه گیری ظرفیت خازن مسطح

آزمایش اندازه گیری ظرفیت خازن مسطح:

تئوری آزمایش:

ظرفیت یک خازن از رابطه زیر بدست می آید:

که C ظرفیت خازن بر حسب فاراد ، Q بار خازن بر حسب کولن و V اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن بر حسب ولت است. حال ارتباط ظرفیت با مساحت صفحات (A) و فاصله بین دو صفحه (d) و ماده عایق بین صفحات برابر است با :

اگر فاصله صفحات در مقابل مساحت صفحات کوچک باشد ، میدان E مابین صفحات را میتوان همگن در نظر گرفت. k تغییرات ظرفیت را نسبت به خلا نشان می دهد.

در این آزمایش هدف این است که رابطه ظرفیت خازن با متغیرهای هندسی بررسی شود. خازن هایی در اختیار داریم که می توانیم در هر مرحله مساحت صفحات یا فاصله بین صفحات را تغییر داده و کمیت دیگر را ثابت نگه داریم و رفتار خازن را در این وضعیت بررسی کنیم . همچنین رفتار ظرفیت خازن با تغییر دی الکتریک بین صفحات آن را بررسی می کنیم . همانطوریکه در بالا گفته شد طبق رابطه ظرفیت خازن با مساحت صفحات آن رابطه مستقیم دارد و ما انتظار داریم که نمودار ظرفیت نسبت به مساحت حالت خطی پیدا کند و در مورد ظرفیت نسبت به دی الکتریک هم همین انتظار را داریم . اما ظرفیت با فاصله بین صفحات طبق فرمول نسبت عکس دارد و ما انتظار داریم که نمودار ظرفیت نسبت به فاصله صفحات حالت هارمونیک پیدا کند.

در آزمایش دوم هدف بررسی رفتار ظرفیت خازن معادل است وقتی حالت سری یا موازی داشته باشند و ولتاژ تغییر کند . وقتی دو خازن به طور موازی بسته می شوند ولتاژ بین آنها ثابت مانده و بار خازن معادل برابر با مجموع بار تک تک خازن ها می شود . با یک محاسبه ساده بدست می آید که :

اما وقتی دو خازن به طور سری به هم بسته شوند ، ولتاژ کل برابر با ولتاژ تک تک خازنها می شود در حالیکه بار خازنها با هم برابر می شود . باز هم با یک محاسبه ساده بدست می آید که:

شرح آزمایش :

آزمایش اول :

وسایل لازم برای این آزمایش عبارتند از :

منبع تغذیه 450 VDC ، خازن آزمایشی ، تقویت کننده الکترومتر ، دو عدد خازن 10nF که بصورت موازی بسته می شوند و در مدار قرار می گیرند ، دو عدد ولت متر در محدوده های U=0.8V و U<=300V و سوییچ .

ابتدا فاصله بین صفحات خازن آزمایشی بزرگ را با استفاده از فضاسازهای کوچک 6mm تنظیم کردیم و ولتاژ منبع تغذیه را روی 50V تنظیم کردیم. با استفاده از میله اتصال به زمین ، بار  خازن را تخلیه کرده و سپس با استفاده از سوییچ ولتاژ منبع تغذیه را به خازن اعمال کردیم و با سوییچ کردن روی مدار الکترومتر ، بار خازن را اندازه گیری کردیم. سپس ولتاژ منبع تغذیه را 50V بالا بردیم و پس از خالی کردن بار خازن و انجام مراحل فوق ، بار آن را اندازه گرفتیم و این کار را تا 300V تکرار کرده و نتایج را یادداشت کردیم. سپس همین کار را در مورد خازن کوچک انجام داده و نتایج را یادداشت کردیم.

سپس فضاسازها را ازبین صفحات خازن بزرگ برداشته و بین صفحات آن دی الکتریک پلی استرین را قرار داده و با تنظیم ولتاژ منبع تغذیه روی 50V و تکرار مراحل بالا بار خازن را اندازه گرفتیم . سپس ولتاژ را 50V اضافه کرده و بار خازن را اندازه گرفتیم و این کار را تا ولتاژ 250V تکرار کرده و نتایج را یادداشت کردیم . سپس عایق پلی استرین را برداشته و جای آن شیشه گذاشتیم و با تنظیم ولتاژ روی 20V بار خازن را اندازه گرفتیم و این کار را با اضافه کردن 20V در هر مرحله تا 100V انجام دادیم و نتایج را یادداشت کردیم.

سپس عایق را از بین صفحات برداشته و با استفاده از فضاساز ها فاصله بین صفحات را 1mm تنظیم کردیم و با تنظیم ولتاژ منبع تغذیه روی 250V بار خازن را اندازه گرفتیم و با استفاده از رابطه  ظرفیت خازن را برحسب pF محاسبه کرده و یادداشت کردیم . سپس با ثابت نگه داشتن ولتاژ این کار را برای فاصله بین صفحات 1mm ، 2mm ، 3mm ، 4mm  و 6mm تکرار کردیم .

آزمایش دوم:

ابتدا فاصله بین صفحات خازن ها را 6mm قرار داده و با تنظیم ولتاژ منبع تغذیه روی 50V ابتدا خازن ها را به صورت موازی بسته و با استفاده از الکترومتر بار خازن معادل را اندازه گرفتیم و این کار را با اضافه کردن 50V در هر مرحله تا 150V انجام داده و نتایج را یادداشت کردیم و همین کار را برای  اتصال سری انجام دادیم و با استفاده از رابطه بالا ظرفیت خازن معادل را برای هر مرحله پیدا کرده و با هم مقایسه کردیم.

محاسبات آزمایش:

آزمایش اول:

الف:

	V(V)	Q(big)(nC)	Q(small)(nC)	V^2	VQ(big)	VQ(small)
start of  coordinate	0	0	0	0	0	0
	50	16	12	2500	800	600
	100	34	24	10000	3400	2400
	150	52	36	22500	7800	5400
	200	70	46	40000	14000	9200
	250	88	58	62500	22000	14500
	300	106	68	90000	31800	20400
SUM	1050	366	244	227500	79800	52500

محاسبه از طریق رابطه   :

علت اختلاف:

علت اختلاف بین C بدست آمده از طریق آزمایش با C بدست آمده از طریق محاسبه این است که در هنگام محاسبه دی الکتریک ، خلا فرض شده و در فرمول ، به جای k ، یک جایگذاری شده است. در حالی که در آزمایش ، دی الکتریک ،خلا نبوده و هوا به همراه ناخالصی های موجود در آن بعنوان دی الکتریک قرار گرفته است که ضریب آن از خلا که یک می باشد ، بزرگتر بوده و باعث اختلاف بین این دو C می شود. و همچنین از آنجایی که دستگاههای اندازه گیری دارای مشکل بودند ممکن است اختلاف زیاد این دو C اندکی مربوط به این مورد باشد.

نمودارهای تغییرات Q نسبت به V :

ب:

V(V)	Q(big)(PS)(nC)	C(big)(pF)	V^2	VQ(PS)
50	28	560	2500	1400
100	64	640	10000	6400
150	96	640	22500	14400
200	130	650	40000	26000
250	166	664	62500	41500
750	484		137500	89700

V(V)	Q(big)(GL)(nC)	C(small)(pF)	V^2	VQ(GLASS)
20	16	800	400	320
40	44	1100	1600	1760
60	66	1100	3600	3960
80	92	1150	6400	7360
100	120	1200	10000	12000
300	338		22000	25400

نمودارهای تغییرات Q نسبت به V :

ج:

V(V)	d(mm)	Q(big)(nC)	C(nF)	C(pF)	1/d(1/mm)
250	1	374	1.496	1496	1
250	2	196	0.784	784	0.5
250	3	162	0.648	648	0.333333
250	4	130	0.52	520	0.25
250	6	88	0.352	352	0.166667

نمودارهای تغییرات C نسبت به d و 1/d :

آزمایش دوم :

د :

results(V = 50V)	Q(nC)	C(pF)
small	12	240
big	16	320
parallel	28	560
consecutive	8	160

results(V = 100V)	Q(nC)	C(pF)
small	24	240
big	34	340
parallel	54	540
consecutive	14	140

results(V = 150V)	Q(nC)	C(pF)
small	36	240
big	52	346.6666667
parallel	84	560
consecutive	22	146.6666667

نمودارهای تغییرات Q نسبت به V :

توجه:

متاسفانه در مرحله انجام این آزمایش به علت وجود اشکال در یکی از دستگاهها اعداد بدست آمده دارای خطای زیادی هستند ، بنابراین در نمودارها مقداری خطا وجود دارد.

آزمایش مدرج کردن دماسنج گازی

مختصری از تئوری آزمایش:

   ما به دنبال مدرج کردن دماسنج گازی هستیم تا به وسیله آن بتوانیم دمای اجسام مختلف را اندازه گیری کنیم.  برای مدرج کردن این دماسنج آزمایشی به ترتیب زیر انجام میدهیم.

شرح آزمایش:

ابندا بالن را در آب اطراف بالن را خالی می کنیم تا بالن با هوای محیط به تعادل برسد و سپس دمایی که توسط دماسنج نشان داده شده می نویسیم(t). سپس شیر A را باز می کنیم تا بالن B با هوای خارج ارتباط پیدا نماید.(جیوه در لوله U شکل و قیف در یک ارتفاع قرار گیرد.) با جابجایی قیف  در راستای قائم, سطوح جیوه در دو شاخه لوله U شکل را برای مثال روی عدد 140 قرار می دهیم و قیف را در جای خود محکم می کنیم تا قیف از جای خود جابجا نشود. عدد 140 به عنوان مبدأ اختیار می شود.

شیر A را می بندیم تا ارتباط بالن B با هوای خارج قطع شود. سپس بالن را در آب با دمای حدود 60 درجه قرار می دهیم و صبر می کنیم تا گاز و بالن و آب کاملا به تعادل برسند. انبساط گاز باعث تغییر ارتفاع جیوه در دو شاخه لوله می شود. با تغییر سطح قیف, ارتفاع جیوه را در شاخه متصل به بالن(N) به 140 می رسانیم تا تغییرات فشار گاز را برحسب تغییرات دما در حجم ثابت مطالعه کنیم.در این لحظه اختلاف ارتفاع سطح جیوه را از روی خط کش اندازه گیری و یادداشت می کنیم(h1).هم چنین دمای تعادل ظرف را به دقت اندازه گیری و ثبت می نماییم(t1). حال تکه یخی در آب می اندازیم و با هم زدن تعادل گرمایی ایجاد می کنیم. چون دمای آب پائین آمده است , حجم هوا تغییر می کند.با تغییر قیف دوباره سطح جیوه را روی شاخه(N) روی 140 قرار می دهیم. اختلاف دو سطح جیوه را یادداشت می کنیم(2h) و دمای آب را می خوانیم(t2). اختلاف دمای t1 و t2 باید حدود 4 درجه باشد. این عمل را تا پایین تر از محیط یادداشت می کنیم و در جدولی به صورت زیر وارد می کنیم.

            برای راحتی کار به جای t از y و به جای  از x استفاده میکنیم.

در این جدول x  بر حسب mmHg است و y  بر حسب  .

توجه: اختلاف فشار اندازه گیری شده با وسایل آزمایش تنها فشار نسبی گاز را نشان می دهند ولی در معادله از فشار مطلق (فشار نسبی + فشار هوا در محل آزمایش) استفاده می شود. بنابر این در جدول ارائه شده فشار نسبی را در ستون اول و فشار مطلق را در ستون دوم جمع آوری کردیم و همانطور که در بالا اشاره شد متغیر ما از ستون دوم برداشت می شود.

در محل آزمایش فشار هوا بصورت زیر بدست آمد:

x	X	y	xx	xy	yمحاسبه	d	dd
0	663.35	23	440033.2	15257.05	21.90996	1.090045	1.188198
89	752.35	63	566030.5	47398.05	62.60966	0.390345	0.152369
81	744.35	59	554056.9	43916.65	58.95126	0.048745	0.002376
72	735.35	55	540739.6	40444.25	54.83556	0.164445	0.027042
64	727.35	52	529038	37822.2	51.17716	0.822845	0.677074
59	722.35	50	521789.5	36117.5	48.89066	1.109345	1.230646
54	717.35	47	514591	33715.45	46.60416	0.395845	0.156693
51	714.35	45	510295.9	32145.75	45.23226	-0.23226	0.053942
48	711.35	43	506018.8	30588.05	43.86036	-0.86036	0.740211
43	706.35	40	498930.3	28254	41.57386	-1.57385	2.47702
38	701.35	38	491891.8	26651.3	39.28736	-1.28735	1.657283
599	7895.85	515	5673416	372310.3	514.9322	0.067795	8.362855

بدست آوردن معادله دما بر حسب فشار مطلق:

می دانیم که تابع دما بر حسب فشار به صورت خطی زیر می باشد:

که در اینجا با داشتن اطلاعات بدست آمده و از طریق روشهای ریاضی ارائه شده در جزوه a  و b  را در این معادله بدست می آوریم.

            برای یک تابع خطی معادله نرمال بصورت زیر می باشد :

که در اینجا داریم :

که با حل این معادله داریم:

یعنی معادله ما بصورت زیر بدست می آید:

محاسبه خطای اندازه گیری:

            با توجه به روشهای ریاضی ارائه شده برای بدست آوردن خطای ضرایب a و b که به ترتیب  و  می نامیم از روابط زیر کمک می گیریم:

که  دترمینان ماتریس c می باشد.

که در اینجا داریم:

که از اینجا داریم:

یعنی معادله ی ما بصورت دقیق تر به صورت زیر خواهد بود:

محاسبه دمای یک مایع با استفاده از دماسنج گازی مدرج شده:

          در قسمت قبل توانستیم رابطه ای خطی بین دما و فشار مطلق پیدا کنیم که با داشتن یکی دیگری به راحتی قابل مقایسه است.

            در این آزمایش ما می خواهیم دمای آبی را اندازه گیری کنیم که اختلاف ارتفاع بین دو شاخه 43 mmHg  می باشد. در این حالت دمای آب42 بود و حال ما این دما را از طریق معادله بدست آمده بدست می آوریم و با مقدار واقعی مقایسه می کنیم:

همانطور که می بینیم دمای بدست آمده با دمای واقعی تفاوت چندانی ندارد و اختلاف موجود به علت خطای وسایل اندازه گیری , خطای شخص انداره گیر , خطای محاسبات و ... می باشد.

آزمایش مدرج کردن دماسنج گازی

آزمایش مدرج کردن دماسنج گازی

  مختصری از تئوری آزمایش:

   ما به دنبال مدرج کردن دماسنج گازی هستیم تا به وسیله آن بتوانیم دمای اجسام مختلف را اندازه گیری کنیم.  برای مدرج کردن این دماسنج آزمایشی به ترتیب زیر انجام میدهیم.

شرح آزمایش:

ابندا بالن را در آب اطراف بالن را خالی می کنیم تا بالن با هوای محیط به تعادل برسد و سپس دمایی که توسط دماسنج نشان داده شده می نویسیم(t). سپس شیر A را باز می کنیم تا بالن B با هوای خارج ارتباط پیدا نماید.(جیوه در لوله U شکل و قیف در یک ارتفاع قرار گیرد.) با جابجایی قیف  در راستای قائم, سطوح جیوه در دو شاخه لوله U شکل را برای مثال روی عدد 140 قرار می دهیم و قیف را در جای خود محکم می کنیم تا قیف از جای خود جابجا نشود. عدد 140 به عنوان مبدأ اختیار می شود.

شیر A را می بندیم تا ارتباط بالن B با هوای خارج قطع شود. سپس بالن را در آب با دمای حدود 60 درجه قرار می دهیم و صبر می کنیم تا گاز و بالن و آب کاملا به تعادل برسند. انبساط گاز باعث تغییر ارتفاع جیوه در دو شاخه لوله می شود. با تغییر سطح قیف, ارتفاع جیوه را در شاخه متصل به بالن(N) به 140 می رسانیم تا تغییرات فشار گاز را برحسب تغییرات دما در حجم ثابت مطالعه کنیم.در این لحظه اختلاف ارتفاع سطح جیوه را از روی خط کش اندازه گیری و یادداشت می کنیم(h1).هم چنین دمای تعادل ظرف را به دقت اندازه گیری و ثبت می نماییم(t1). حال تکه یخی در آب می اندازیم و با هم زدن تعادل گرمایی ایجاد می کنیم. چون دمای آب پائین آمده است , حجم هوا تغییر می کند.با تغییر قیف دوباره سطح جیوه را روی شاخه(N) روی 140 قرار می دهیم. اختلاف دو سطح جیوه را یادداشت می کنیم(2h) و دمای آب را می خوانیم(t2). اختلاف دمای t1 و t2 باید حدود 4 درجه باشد. این عمل را تا پایین تر از محیط یادداشت می کنیم و در جدولی به صورت زیر وارد می کنیم.

            برای راحتی کار به جای t از y و به جای  از x استفاده میکنیم.

در این جدول x  بر حسب mmHg است و y  بر حسب  .

توجه: اختلاف فشار اندازه گیری شده با وسایل آزمایش تنها فشار نسبی گاز را نشان می دهند ولی در معادله از فشار مطلق (فشار نسبی + فشار هوا در محل آزمایش) استفاده می شود. بنابر این در جدول ارائه شده فشار نسبی را در ستون اول و فشار مطلق را در ستون دوم جمع آوری کردیم و همانطور که در بالا اشاره شد متغیر ما از ستون دوم برداشت می شود.

در محل آزمایش فشار هوا بصورت زیر بدست آمد:

x	X	y	xx	xy	yمحاسبه	d	dd
0	663.35	23	440033.2	15257.05	21.90996	1.090045	1.188198
89	752.35	63	566030.5	47398.05	62.60966	0.390345	0.152369
81	744.35	59	554056.9	43916.65	58.95126	0.048745	0.002376
72	735.35	55	540739.6	40444.25	54.83556	0.164445	0.027042
64	727.35	52	529038	37822.2	51.17716	0.822845	0.677074
59	722.35	50	521789.5	36117.5	48.89066	1.109345	1.230646
54	717.35	47	514591	33715.45	46.60416	0.395845	0.156693
51	714.35	45	510295.9	32145.75	45.23226	-0.23226	0.053942
48	711.35	43	506018.8	30588.05	43.86036	-0.86036	0.740211
43	706.35	40	498930.3	28254	41.57386	-1.57385	2.47702
38	701.35	38	491891.8	26651.3	39.28736	-1.28735	1.657283
599	7895.85	515	5673416	372310.3	514.9322	0.067795	8.362855

بدست آوردن معادله دما بر حسب فشار مطلق:

می دانیم که تابع دما بر حسب فشار به صورت خطی زیر می باشد:

که در اینجا با داشتن اطلاعات بدست آمده و از طریق روشهای ریاضی ارائه شده در جزوه a  و b  را در این معادله بدست می آوریم.

            برای یک تابع خطی معادله نرمال بصورت زیر می باشد :

که در اینجا داریم :

که با حل این معادله داریم:

یعنی معادله ما بصورت زیر بدست می آید:

محاسبه خطای اندازه گیری:

            با توجه به روشهای ریاضی ارائه شده برای بدست آوردن خطای ضرایب a و b که به ترتیب  و  می نامیم از روابط زیر کمک می گیریم:

که  دترمینان ماتریس c می باشد.

که در اینجا داریم:

که از اینجا داریم:

یعنی معادله ی ما بصورت دقیق تر به صورت زیر خواهد بود:

محاسبه دمای یک مایع با استفاده از دماسنج گازی مدرج شده:

          در قسمت قبل توانستیم رابطه ای خطی بین دما و فشار مطلق پیدا کنیم که با داشتن یکی دیگری به راحتی قابل مقایسه است.

            در این آزمایش ما می خواهیم دمای آبی را اندازه گیری کنیم که اختلاف ارتفاع بین دو شاخه 43 mmHg  می باشد. در این حالت دمای آب42 بود و حال ما این دما را از طریق معادله بدست آمده بدست می آوریم و با مقدار واقعی مقایسه می کنیم:

همانطور که می بینیم دمای بدست آمده با دمای واقعی تفاوت چندانی ندارد و اختلاف موجود به علت خطای وسایل اندازه گیری , خطای شخص انداره گیر , خطای محاسبات و ... می باشد.

آزمایش بررسی اصل بقای انرژی بوسیله چرخ ماکسول

آزمایش بررسی اصل بقای انرژی بوسیله چرخ ماکسول

محسن نجفی یزدی و حامد نیلی 

تئوری آزمایش:

          هدف از انجام این آزمایش بررسی تبدیل انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی و انداره گیری شتاب مرکز جرم  و سرعت زاویه ای .

            چنانچه چرخ ماکسول از ارتفاع h رها شود، می توان پس از طی مسافت h ، مقادیر  را محاسبه نمود. از قانون دوم نیوتن داریم:

همچنین از رابطه گشتاور نیرو و شتاب زاویه ای  داریم:

از طرفی داریم:

که در آن  اینرسی دورانی چرخ و میله نسبت به محور دوران می باشد. از طرفی:

مقدار کشش نخ T را در رابطه اول قرار می دهیم و شتاب مرکز جرم را محاسبه می کنیم:

که داریم:

Mجرم چرخ و برابر 0.7kg ، r شعاع میله برابر 0.3cm ، R شعاع چزخ برابر 6.5cm ، I اینرسی دورانی چرخ برابر ، m جرم میله برابر 0.033kg.

همچنین از اصل بقای انرژی داریم:

و از این روابط می توان  را محاسبه نمود:

آزمایش اول:

            با پیچاندن نخ حول محور چزخ و قرار دادن آن در ارتفاع h و رها کردن آن ، زمان سقوط ، t، را به دست می آوزیم و با تغییر ارتفاع به مقدار 2cm مقادیر مختلفt  را انداره گیری میکینم. برای این آزمایش داده های زیر بدست آمد.

h(cm)	t(s)
47	4.9
45	4.7
43	4.7
41	4.5
39	4.4
37	4.4
35	4.3
33	4.1
31	3.9
29	3.8

با استفاده از رابطه  و به کارگیری روش حداقل مربعات مانده ها، شتاب خطی مرکز جرم را محاسبه می کنیم. و با مقدار بدست آمده از طریق رابطه پنجم مقایسه می کنیم.

حال برای یافتن مقدار  از طریق رابطه تغییر متغیر های زیر را انجام می دهیم:

پس داریم:

که برای این آرمایش داریم:

x(s^2)	y(cm)	xx	xy
24.01	47	576.4801	1128.47
22.09	45	487.9681	994.05
22.09	43	487.9681	949.87
20.25	41	410.0625	830.25
19.36	39	374.8096	755.04
19.36	37	374.8096	716.32
18.49	35	341.8801	647.15
16.81	33	282.5761	554.73
15.21	31	231.3441	471.51
14.44	29	208.5136	418.76
sum	sum	sum	sum
192.11	380	3776.412	7466.15

بنا بر این داریم:

آزمایش دوم:

          وقتی چرخ ماکسول از ارتفاع  رها می شود. بعد از بازگشت به ارتفاع دیگری مانند   می رسد. برای چند حالت متخلف ارتفاع ها را انداره گیری می کنیم. درهر حالت مقدار انرژی پتانسیل را از طریق رابطه زیر بدست ما آوریم:

برای این آزمایش داده های زیر بدست آمد:

h1(cm)	h2(cm)	delta(h)(cm)	E(cJ)
55	51.8	3.2	22.98688
53	49.7	3.3	23.70522
51	47.8	3.2	22.98688
49	46.5	2.5	17.9585
47	44.6	2.4	17.24016
45	42.4	2.6	18.67684
43	40.8	2.2	15.80348
41	38.9	2.1	15.08514
39	37.1	1.9	13.64846
37	35.2	1.8	12.93012

چرا چرخ ماکسول بعد از سقوط هر مرحله به وضعیت اولیه باز نمیگردد؟

زیرا اصطکاک هوا باعث میشود که مقداری از انرژی جسم به صورت گرما به محیط اطراف انتفال یابد. همانطور که در جدول می بینیم  را برای مقادیر مختلف بدست آوریم. اینها همان مقدار انرژی هایی هستند که از دست می روند.

خواسته اول:

را برای تمام آزمایش های اول بدست می آوریم:

h(cm)	()
47	15.85779	1585.779	39.82184
45	15.18299	1518.299	38.96536
43	14.50819	1450.819	38.08962
41	13.83339	1383.339	37.19327
39	13.15859	1315.859	36.27477
37	12.48379	1248.379	35.33241
35	11.80899	1180.899	34.36421
33	11.13419	1113.419	33.36794
31	10.45939	1045.939	32.34099
29	9.784594	978.4594	31.28034

 را تابعی بر حسب h می باشد:

از طرفی داریم:

بنا بر این برای حالت اول داریم:

پس برای تصحیح ارقام داریم:

خواسته سوم :

          معادله خطوط اعتماد را برای آزمایش اول بدست می آوریم. و نمودار آزمایش و منحنی خطها را رسم می کنیم.

برای معادله روبرو داریم:

که برای این آزمایش داریم:

x	y	xx	d	dd
24.01	47	576.4801	0.468937	0.219901
22.09	45	487.9681	-1.327	1.76092
22.09	43	487.9681	0.673003	0.452933
20.25	41	410.0625	-0.96477	0.930774
19.36	39	374.8096	-0.72434	0.524668
19.36	37	374.8096	1.275661	1.62731
18.49	35	341.8801	1.555628	2.41998
16.81	33	282.5761	0.234187	0.054843
15.21	31	231.3441	-0.92909	0.86321
14.44	29	208.5136	-0.45142	0.203779
sum		sum		sum
192.11		3776.412		9.058318

پس:

و همینطور خطای ضیرب A () طبق رابطه زیر قابله محاسبه است:

که در آن برابر است با:

پس:

پس داریم:

« بررسی نوسانگر LC و RLC و نوسانهای واداشته »

« بررسی نوسانگر LC و RLC و نوسانهای واداشته »

شرح آزمایش :

وسایل آزمایش : یک القاگر با ضریب خود القایی بالا دارای مقاومت، یک خازن با ظرفیت 40 و یک مقاومت . در ضمن طراحی آنها طوری است که بتوان پدیده های اثر القایی  و ظرفیتی را در مدارهای AC و DC مشاهده کرد. همچنین یک صفحه اتصال برای ایجاد مدارهای RC و ... در اختیار است که با نصب عناصر مدار روی آنها و اتصال آن به کامپیوتر رفتار این مدارها را بررسی کرد.

آزمایش اول : مدار RC

مداری مطابق شکل زیر بستیم که شامل یک خازن40 و یک مقاومت 100 کیلو اهم بود . دو سرA  و B را به Cassy متصل کرده و ولتاژ را 4 ولت قرار دادیم  ( محدوده تغییر، 8ولت) سپس با استفاده از کلید قطع و وصل ، خازن را شارژ کرده و منحنی آن را رسم کردیم و وقتی ولتاژ به مقدار بیشینه رسید کلید را از منبع قطع کرده و تغییرات ولتاژ را روی نمودار ثبت کردیم.

آزمایش دوم : مدار RL

در این آزمایش نیز مداری مطابق شکل زیر بستیم که شامل یک القاگر با دو سیم پیچ که در هرکدام 5100 دور سیم و 150 اهم مقاومت دارند ضریب القایی این القاگر 500 هانری می باشد و ولتاژ را 4 ولت قرار دادیم (محدوده تغییر، 8 ولت)

سپس با استفاده از کلید قطع و وصل ، تغییرات جریان را در دو سر القاگر مشاهده کرده و یادداشت کردیم.

آزمایش سوم : مدار RLC

مداری مطابق شکل زیر بستیم که شامل القاگر دارای مقاومت کافی و خازن بود. ولتاژ را همچنان 4 ولت قرار دادیم و آن را به Cassy متصل کردیم و نمودار ولتاژ را مشاهده کردیم.

 محاسبات آزمایش :

مدار RC  : رابطه مدار RC به صورت زیر می باشد . که در آن به جای t ، RC قرار داده ایم تا ولتاژ مدار را در این لحظه بدست آورده و از روی مقدار آن در نمودار ، زمان را در آن ولتاژ بخوانیم :

که در آن q بار خازن ، C ظرفیت خازن و  نیروی محرکه مدار است  که محدوده تغییر آن 8 ولت است.

از روی نمودار متوجه می شویم که زمان در ولتاژ 06/5 ولت برابر با 50/4 ثانیه است و از آنجایی که زمان شروع نمودار ، 60/0 ثانیه است ، پس :

از طرفی از روی رابطه داریم :

که تقریبا برابرند.

مدار RL : رابطه مدار RC به صورت زیر می باشد . که در آن به جای t ، L/R  قرار داده- ایم تا جریان مدار را در این لحظه بدست آورده و از روی مقدار آن در نمودار ، زمان را در آن جریان بخوانیم :

از روی نمودار متوجه می شویم که زمان درجریان 017/0 آمپر برابر با 25/6 ثانیه است و از آنجایی که زمان شروع نمودار ، 75/0 ثانیه است ، پس :

از طرفی از روی رابطه داریم :

که تقریبا برابرند.

مدار RLC : رابطه در مدار RLC بصورت زیر می باشد :

که در آن ، نیروی محرکه مدار بر حسب ولت و ، بسامد زاویه ای برحسب رادیان بر ثانیه می باشد که از رابطه زیر بدست می آید :

برای بدست آوردن  از روی نمودار باید دوره تناوب را بدست بیاوریم که برابر با فاصله هر دو قله موالی در نمودار است که با توجه به نمودار برابر با s 90/0 T =  می باشد. پس :

که تقریبا برابرند.

محاسبه مقاومت میرایی ( مقاومت بحرانی ) :

آزمایش تعیین ظرفیت خازن کروی منزوی و تعیین ظرفیت خازن کروی در مقابل یک صفحه رسانا

آزمایش تعیین  ظرفیت خازن کروی منزوی و تعیین ظرفیت خازن کروی در مقابل یک صفحه رسانا :

تئوری آزمایش :

هر رسانا مقداری بار الکتریکی در روی خود دارد که مقدار این بار متناسب است با اختلاف پتانسیل بین این رسانا در حالت عایق‌ بندی شده در فضای آزاد و یک نقطه مرجع در بی نهایت. یعنی رابطه زیر برقرار است :

q = C.V

ثابت تناسب C ، ظرفیت جسم باردرا نامیده می‌شود. مثلا ظرفیت یک کره رسانا به شعاع R در فضای آزاد عبارت است از :

                C = کولن

که  ضریب گذردهی الکتریکی خلا است. پس می‌توان گفت که ظرفیت یک کره با شعاع آن رابطه خطی دارد. حال وقتی یک کره را در نزدیکی صفحه فلزی متصل به زمین قرار دهیم از آنجایی که بارهای مخالف بار کره در روی صفحه رسانا وجود دارند، باعث می‌شود که بار همنام کره روی آن القا شود و این امر باعث کاهش اختلاف پتانسیل الکتریکی می‌شود که این امر متناسب با فاصله کره با صفحه است. به طوری که هر چقدر فاصله کره از صفحه کمتر شود، این اثر بیشتر می‌شود. یعنی :

شرح آزمایش :

آزمایش اول : وسایل مورد نیاز برای انجام این آزمایش عبارتند از : کره‌های رسانا با پایه‌‌های عایق در شعاع‌های 5/2 و 3 و 5/3 سانتی متر، منبع تغذیه ولتاژ قوی ( بر حسب KV ) با کابل فشار قوی مربوطه، الکتروآمپلی فایر، فنجان فارادی همراه با فیش اتصال، خازن به ظرفیت nF 10، میله رسانا، پایه، ولت متر و سیم‌های رابط.

برای انجام این آزمایش ابتدا فنجان فارادی را با تماس دادن میله رسانای اتصال به زمین با آن از بار الکتریکی خالی کردیم تا عقربه ولت متر روی صفر بایستد. سپس ولتاژ منبع تغذیه را روی KV 1 تنظیم کردیم. با گرفتن قسمت عایق کره‌ها، آن‌‌ها را با کابل فشار قوی تماس داده و باردار کردیم. سپس آن‌ها را یکی یکی با قسمت درون فنجان فارادی تماس دادیم تا تمام بار آن‌ها خالی شود. ( چون بار الکتریکی روی سطح خارجی رسانا توزیع می‌شود ) سپس عدد ظاهر شده روی ولت متر را که از اختلاف پتانسیل بین پایه‌های خازن nF 10 ناشی می‌شود، اندازه گرفتیم و ضربدر ظرفیت خازن کردیم تا مقدار بار آن ( که همان باری است که کره‌ها به مدار داده‌اند ) را به دست آوریم. این اعداد را برای کره‌های با شعاع 5/2 و 3 و 5/3 اندازه گرفته و یادداشت کردیم. سپس ولتاژ منبع را KV 1 اضافه کرده و باز این کار را تکرار کردیم و این عمل را تا ولتاژ KV 5  تکرار کردیم. سپس نمودار‌های مربوط به هر کره را رسم کرده و با به دست آوردن شیب این نمودار‌‌ها، ظرفیت هر کره را محاسبه کرده و نمودار مربوط به آن را رسم کردیم. سپس با استفاده از این نمودار مقدار ضریب گذردهی الکتریکی خلا ( ) را محاسبه کردیم.

آزمایش دوم : در این آزمایش، ابتدا یک صفحه فلزی رسانای cm50×50 را به زمین وصل کرده و سپس کره با شعاع cm5/3 را روی پایه رسانا وصل کردیم. آن را از بار خالی کرده و فنجان فارادی و مدار آن را هم از بار خالی می‌کنیم. ابتدا ولتاژ منبع تغذیه را روی KV 1 تنظیم کردیم و کره را در فاصله 5 سانتی متری ( از سطح کره ) با صفحه رسانا قرار دادیم. سپس کره را در این فاصله ( با ثابت نگه داشتن فاصله ) باردار کردیم و با تماس دادن آن با قسمت داخلی فنجان فارادی، بار آن را اندازه گیری کردیم. سپس KV 1 به ولتاژ منبع تغذیه افزوده و دوباره کار قبلی را انجام دادیم. و این کار را تا KV 5 تکرار کردیم. سپس نمودار این تغییرات را بر حسب تغییر ولتاژ رسم کردیم. بعد از آن، این بار کره را در فاصله cm 2 از صفحه قرار داده آن را باردار کردیم و بار آن را با فنجان فارادی اندازه گرفتیم. سپس فاصله کره از صفحه را cm 2 زیاد کرده و دوباره ظرفیت آن را اندازه گرفتیم. ( با ثابت نگه داشتن ولتاژ منبع تغذیه روی KV 5 ) و این کار را تا فاصله cm 20 تکرار کردیم و نتایج را یادداشت کردیم. سپس در هر حالت ظرفیت خازن را اندازه گیری کرده و نمودار تغییرات آن را برحسب فاصله رسم کردیم. این نمودار نشان می‌دهد که مقدار ظرفیت با فاصله نسبت عکس داشته و با افزایش فاصله کاهش می‌یابد.

آزمایش اندازه گیری کشش سطحی مایعات به روش قطره چکان

آزمایش اندازه گیری کشش سطحی مایعات به روش قطره چکان

مختصری از تئوری آزمایش:

          در این آزمایش می خواهیم کشش سطحی چند مایع مختلف را بدست بیاوریم ، که از موارد زیر کمک می گیریم.

            قانون Tate: وزن قطره مایع که از انتهای قطره چکان می افتد با کشش سطحی مایع و شعاع منفذ قطره چکان متناسب است که توسط رابطه زیر بیان می شود:

که در آن m جرم قطره ، g شتاب جاذبه زمین ، r  شعاع داخلی دهانه قطره چکان و T کشش سطحی مایع است. یکی از انواع قطره چکانها ، قطره چکان Hellige است. این قطره چکان از یک مخزن تشکیل شده و دهانه خروجی آن کاملا صاف و صیقلی است تا قطره به هنگام خروج تغییر شکل ندهد. می توان ثابت نمود که نسبت کشش سطحی دو مایع  با تعداد قطرات آنها که از یک قطره چکان فرو می ریزد نسبت معکوس و با وزن مخصوص آنها نسبت مستقیم دارد. یعنی:

در این رابطه   کشش سطحی مایع و وزن مخصوص آنها و  تعداد قطرات دو مایع در حجم مساوی از قطره چکان است. بنابر این با اندازه گیری  و تعیین  توسط ترازوی Mohr و معلوم بودن کشش سطحی یکی از دو مایع می توان کشش سطحی مایعات را بدست آورد.

          تراروی Mohr : این ترازو از پایه A  که ارتفاع آن بوسیله پیچ K قابل تنظیم است، تشکیل شده است که شاهین B بر روی آن سوار می شود به طوری که تیغه شاهین در شیار مخصوص روی پایه A جای می کیرد . در روی شیار دهم زایده سوار می شود و میله شیشه ای S که به وسیله سیم کرم نیکل بسته شده است توسط قلاب متصل به انتهای سیم به این زایده آویزان می شود. در روی شیارهای 1 تا 9

می توان چهار نوع وزنه را جابجا نمود. اگر این وزنه ها را به ترتیب با H,G,F,E نمایش دهیم داریم:

اگر وزنه E معرف واحد، ورنه های H,G,F به ترتیب اعشار آن است. توسط این وزنه ها می توان چکالی مایعات را تا چهار رقم اعشار اندازه گیری نمود.

مختصری ازشرح آزمایش:

            استفاده از ترازو برای پیدا کردن چگالی مایع مورد نظر:

ابتدا ارتفاع پایه را به وسیله پیچ K به انداره مورد نیاز تنظیم می کنیم سپس ترازو را در مکان مسطحی قرار می دهیم و به وسیله پیچهای پایه آن را تراز می نماییم . حال شاهین ترازو را روی پایه قرار میدهیم و آنگاه میله شیشه ای را توسط قلاب متصل به آن به زایده L که روی شاهین سوار شده است آویزان می کنیم. پیچهای  را آنقدر می چرخانیم تا نوک n از شاهین روبروی نوک  از پایه قرار گیرد. به این ترتیب ترازو به حالت تعادل در می آید.

استوانه کوچکی را از مایع مورد نظر پر می کنیم و استوانه را زیر میله شیشه ای طوری قرار می دهیم که میله شیشه ای کاملا درون مایع فرو رود. در این وضعیت به علت وارد شدن نیروی ارشمیدس به میله شیشه ای این میله به طرف بالا می رود. در این صورت باید آنقدر از وزنه های موجود در شیارهای شاهین قرار داد تا ترازو دوباره به حالت تعادل بر گردد. به عنوان مثال اگر وزنه های H,G,F,E  به ترتیب روی شیارهای 3,6,8,5 قرار گرفته باشند، چگالی مایع برابر است با : 0.5863

در اینجا با آزمایش بر روی آب و سه مایع مختلف داده های زیر بدست آمده است:

استفاده از قطره چکان برای پیدا کردن تعداد قطرات:

قطره چکان را در مایع فرو می بریم تا از آن پر شود. سپس در حالی که دهانه بالا را با انگشت نگه داشته ایم آنرا تا خط نشانه اول خالی می کنیم . حال قطره چکان را به یک گیره وصل می کنیم و شروع به حالی کردن آن می کنیم به طوری که به صورت قطره قطره خالی شود. تعداد قطرات را تا خط نشان دوم میشماریم.

در اینجا با آزمایش بر روی آب و سه مایع مختلف داده های زیر بدست آمده است:

توجه می کنیم که در طول آزمایش دما برای مایعات مساوی باشد.

بدست آوردن کشش سطحی مایعات:

          با توجه به رابطه بالا و داشتن کشش سطحی آب در دمای محیط آزمایش (در اینجا ) کشش سطحی سایر مایعات را بدست می آوریم:

کشش سطحی آب در این دما می باشد:

محاسبه خطا:

          در اینجا کشش سطحی را تابعی از وزن مخصوص ( یا چگالی ) و تعداد قطرات در نظر میگیریم. یعنی:

که در آن عبارت عدد ثابتی است، که در اینجا برابر است با: 4180.18

یعنی :

حال با استفاده از روش مشتقات جزیی خطای محاسبات را اندازه گیری می کنیم (برای سادگی  را z  ،  را x  و  را y فرض می کنیم):

که  برابر است با: و  برابر 1 است. بنابر این:

بنابر این داریم:

بدست آوردن رابطه 2 از 1:

            رابطه 1:

که داریم:

که در این محاسبات  حجم قطره چکیده شده از مایع nام  ،  چگالی مایع nام ،  حجم مخزن قطره چکان ،  تعداد قطرات چکیده شده مایع nام و ورن مخصوص مایع nام می باشند.

دلیل قرار دادن چگالی مایعات به جای وزن مخصوص در فرمول فوق:

          با توجه به محاسبات زیر این نسبت برابر است:

دلیل محاسبه مستقیم چگالی از طریق ترازو:

          در این ترازو حجم شیشه طوری انتخاب شده است که اگر در آب مقطر قرار گیرد 5gr آب را جا بجا می کند. پس اگر وزنه E در این حالت به زایده L متصل شود، دقیقا به حالت تعادل در می آید. پس وزنه E در جایگاه 10 با  متناسب است. حال اگر وزنه E به شیارهای دیگری وصل باشد گشتاور وارد شده با توجه به رابطه  ، که r فاصله وزنه از مرکز گشتاورر می باشد، به دست می آید. نیرویی که کل وزنه ها وارد می کنند باید نیروی ارشمیدسی را خنثی کند و چون نیروی ارشمیدسی برابر است با:  بنابر این این نیرو با چگالی متناسب است. و چون مجموع گشتاورهای وزنه ها با گشتاور ایجاد شده توسط نیروی ارشمیدسی برابر است ، بنابراین نیروی وزنه ها هم متناسب با چگالی است.

حال اگر فرض کنیم که وزنه E در شیار 5 قرار گرفته باشد، در این حالت نیروی گشتاور نصف حالتی که به شیار دهم وصل باشد.

چون E در شیار دهم متناسب با  است پس در این حالت( که وزنه در شیار 5 قرار دارد)  E متناسب با  است. و همچنین وزنه F یک دهم وزنه E است و نیروی معادل یک دهم وارد می کند پس اگر به طور مثال وزنه F روی شیار 8 باشد داریم: و به همین ترتیب برای وزنه های دیگر چنین رابطه ای قابل بیان است.

            پس به این طریق به طور مستقیم می توان چگالی مایع را محاسبه کرد.

دلیل ثابت بودن دما در طول آرمایش:

          اگر دما تغییر کند به علت تغییر چگالی ها تمام محاسبات به هم می خورد.

حرکت خطی-انتقالی اجسام

مختصری از شرح آزمایش:

          در این آزمایش برآنیم که حرکت خطی-انتقالی اجسام را مورد بررسی قرار دهیم.

            علم سینماتیک، روابط بین جابجایی، سرعت، شتاب و رمان را مورد بررسی قرار می دهد بدون آنکه به علت حرکت و عواملی که جسم را به حرکت در می آورد اشاره ای بنماید.

            علم دینامیک، روابط بین نیروهای وارد بر جسم، جرم جسم، زمان حرکت جسم و نیز پیش بینی حرکت تحت تاثیر نیروها و یا تعیین نیروهای لازم برای ایجاد حرکت در یک جسم معین را مورد بحث قرار می دهد.

            حرکت مستقیم الخط نقاط مادی:

وقتی یک نقطه مادی در امتداد خط مستقیم حرکت نماید، نوع حرکت آنرا مستقیم الخط نامند.

چنانچه در لحظه t نقطه مادی از x  بگذرد و در لحظه  از  بگذرد، طبق تعریف سرعت متوسط داریم:

همچنین برای سرعت لحظه ای داریم:

چنانچه سرعت ثابت نباشد ، برای شتاب متوسط داریم:

و برای شتاب لحظه ای داریم:

معادلات حرکت:

1- اگر شتاب صفر باشد:

که فاصله نقطه مادی از مبدا در شروع حرکت می باشد.

2- شتاب ثابت باشد (ولی صفر نباشد):

که در آن  سرعت جسم در شروع حرکت است. و چنانچه  معادلات به فرم زیر در می آیند:

شرح آزمایش:

آزمایش اول:

            در این آرمایش حرکت مستقیم الخط یکنواخت را بررسی می کنیم.

            سر بار برنجی را در مکان مربوطه روی ارابه قرار می دهیم و کلید A را در نقطه ای در حدود  از ابتدای حرکت ثابت نگه می داریم. حال کلید B را جابجا کرده و آنرا در 10cm کلید A قرار می دهیم و با زدن کیلد قطع آهنربا زمان حرکت جسم بین این دو نقطه را محاسبه می کنیم. و این کار را ده بار انجام می دهیم به طوری که در هر مرحله 5cm  فاصله Aو B را زیاد می کنیم. نتایج زیر بدست آمد:

t(s)	x(cm)
0.27	10
0.39	15
0.51	20
0.62	25
0.72	30
0.83	35
0.93	40
1.03	45
1.13	50
1.21	55

حال با در نظر گرفتن معادله زیر :

با توجه به روش حداقل مربعات مانده ها داریم:

که برای این آرمایش داریم:

t(s)	x(cm)	tt	tx
0.27	10	0.0729	2.7
0.39	15	0.1521	5.85
0.51	20	0.2601	10.2
0.62	25	0.3844	15.5
0.72	30	0.5184	21.6
0.83	35	0.6889	29.05
0.93	40	0.8649	37.2
1.03	45	1.0609	46.35
1.13	50	1.2769	56.5
1.21	55	1.4641	66.55
		sum	sum
		6.7436	291.5

بنا بر این:

و معادله بصورت روبرو بدست می آید:

و نموادار تغییرات  بر حسب  و معادله خط بدست آمده در نمودار زیر قابل مشاهده است:

آزمایش دوم:

            در این آزمایش شتاب در حرکت مستقیم، زمانی که سرعت اولیه صفر باشد، را بررسی می کنیم.

برای اینکه بتوان سرعت اولیه را صفر کرد، جسم را از مبدا رها می کنیم. و همانند آزمایش قبل زمان حرکت جسم بین A و B را در ده بار مختلف محاسبه می کنیم. نتایج زیر بدست آمد:

x(cm)	t(s)
15	0.71
20	0.83
25	0.92
30	1.01
35	1.07
40	1.16
45	1.25
50	1.28
55	1.34
60	1.39

و برای این گونه حرکت ومعادله زیر را داریم:

هدف ما پیدا کردن a می باشد، که اگر این معادله را بصورت یک معادله خط در نظر بگیریم که X مقدار تابع و   را برابر با Y و  را ضریب زاویه آن A بنامیم ، طبق روش حداقل مربعات داریم:

که برای این آزمایش داریم:

	X
0.5041	15	0.254117	7.5615
0.6889	20	0.474583	13.778
0.8464	25	0.716393	21.16
1.0201	30	1.040604	30.603
1.1449	35	1.310796	40.0715
1.3456	40	1.810639	53.824
1.5625	45	2.441406	70.3125
1.6384	50	2.684355	81.92
1.7956	55	3.224179	98.758
1.9321	60	3.73301	115.926
		sum	Sum
		17.69008	533.9145

بنا بر این:

بنا بر این:

نمودار تغییرات  را بر حسب و معاله بدست آمده را در زیر مشاهده می کنیم.

آزمایش سوم:

            اندازه گیری شتاب حرکت در حالتی که جسم از نقطه  شروع به حرکت کند.

در این آزمایش کلید A را در فاصله ای در حدود 15 cm از شروع حرکت قرار می دهیم. وزنه موجود دیگر را در محل مربوط می گذاریم و با تغییر محل کلید B و با انداره گیری مقادیر ده نقطه نتایج زیر بدست آمد:

x(cm)	t(s)
15	0.25
20	0.32
25	0.38
30	0.45
35	0.51
40	0.56
45	0.62
50	0.67
55	0.72
60	0.77

و داریم:

که با استفاده از روش حداقل مربعات برای منحنی های غیر خطی a و  را محاسبه می کنیم.

تغییر متغیرهای زیر را انجام می دهیم:

بنا بر این:

با توجه به روش حداقل مربعات داریم:

که با توجه به جدول:

x	y	xx	xxx	xxxx	xy	xxy
0.25	15	0.0625	0.015625	0.003906	3.75	0.9375
0.32	20	0.1024	0.032768	0.010486	6.4	2.048
0.38	25	0.1444	0.054872	0.020851	9.5	3.61
0.45	30	0.2025	0.091125	0.041006	13.5	6.075
0.51	35	0.2601	0.132651	0.067652	17.85	9.1035
0.56	40	0.3136	0.175616	0.098345	22.4	12.544
0.62	45	0.3844	0.238328	0.147763	27.9	17.298
0.67	50	0.4489	0.300763	0.201511	33.5	22.445
0.72	55	0.5184	0.373248	0.268739	39.6	28.512
0.77	60	0.5929	0.456533	0.35153	46.2	35.574
sum	sum	sum	sum	sum	sum	sum
5.25	375	3.0301	1.871529	1.21179	220.6	138.147

داریم:

که با حل این معادله داریم:                                    

که C عددی بسیار کوچک است که از آن صرف نظر می کنیم. زیرا می خواهیم این معادله از مبدا بگذرد.

بنا بر این:

یعنی:

خواسته اول:

            با استفاده از روش خطای ضرایب رگراسیون معادله خطوط اعتماد را بدست می آوریم:

برای آزمایش اول معادله بصورت زیر بدست آمد:

با توجه به جدول:

t(s)	x(cm)	d=43.22617t-x	dd
0.27	10	1.6710659	2.792461
0.39	15	1.8582063	3.452931
0.51	20	2.0453467	4.183443
0.62	25	1.8002254	3.240811
0.72	30	1.1228424	1.260775
0.83	35	0.8777211	0.770394
0.93	40	0.2003381	0.040135
1.03	45	-0.4770449	0.227572
1.13	50	-1.1544279	1.332704
1.21	55	-2.6963343	7.270219
			sum
			24.57145

و رابطه:

داریم:

بنا بر این:

یعنی خطوط اعتماد عبارتند از:

خواسته دوم:

            برای آزمایش دوم و سوم کشش نخ را محاسبه می کنیم.

در آزمایش دوم وزن وزنه برابر 0.3N است، پس : 

و برای آزمایش سوم وزن وزنه برابر 0.4N است، پس : 

در صورتی می توان این رابطه را نوشت که از جرم نخ صرف نظر کنیم تا کشش نخ در سراسر نخ یکسان باشد.

خواسته سوم:

            بررسی می کنیم که در آزمایش اول اصطکاک به چه صورت است:

با توجه به شکل:

رابطه های زیر را داریم:

که در آن f نیروی اصطکاک است.

و از طرفی:

از طرفی در آزمایش اول داریم:

« آزمایش تحقیق اثر هال »

« آزمایش تحقیق اثر هال »

شرح آزمایش :

وسایل آزمایش : دستگاه اثر هال با مس و تنگستن ، سیم پیچ با هسته آهنی برای ساختن میدان مغناطیسی ، ترانسفور ماتور کاهنده با خروجی متغیر ، منبع تغذیه جریان ، میکرو- ولت متر .

آزمایش اول – تنگستن :

ابتدا مداری بستیم که شامل سیم پیچی بود که برای تولید میدان مغناطیسی آن را در اطراف رسانای مورد نظر که در این آزمایش تنگستن است قرار داده و آن را به منبع تغذیه جریان وصل کردیم و دو سر رسانای مورد آزمایش را به منبع تغذیه جریان وصل کرده و سپس آن را به میکرو ولت متر وصل کردیم تا ولتاژ هال را نمایش دهد. ابتدا جریان عبوری از سیم پیچ را 4 آمپر انتخاب کرده و آن را ثابت نگه داشتیم که با این کار میدان مغناطیسی مؤثر بر رسانا را ثابت نگه داشتیم و با تغییر جریان عبوری از رسانا از 0 تا 5 آمپر در هر مرحله به اندازه 5/0 آمپر ، در هر مرحله ولتاژ هال را یادداشت کردیم . سپس جریان عبوری از رسانا را 5 آمپر اختیار کرده و در این مرحله جریان عبوری از سیم پیچ را در بازه 5/0 آمپر تا 5 آمپر تغییر داده که با این کار میدان مغناطیسی مؤثر بر رسانا را تغییر دادیم و در هر مرحله ولتاژ هال را یادداشت کردیم .

آزمایش دوم – مس :

در این مرحله به جای رسانای تنگستن ، مس قرار دادیم و سپس با اختیار کردن جریان سیم پیچ به اندازه 3 و 4 آمپر در هر مرحله جریان عبوری از رسانا را از 0 تا 5 آمپر در بازه های 5/0 آمپری تغییر داده و ولتاژ هال را یادداشت کردیم .

محاسبات آزمایش :

توجه :  را بطه محاسبه ولتاژ هال بصورت زیر می باشد :

که در آن   ثابت هال نام دارد که آن را با RH نشان می دهند . I جریان عبوری از رسانا ، B میدان مغناطیسی و t ضخامت رسانا است و برابر با 2/0 میلی متر می باشد . پس برای محاسبه ثابت هال از رابطه زیر استفاده می کنیم :

جدول میدان مغناطیسی :

IB(A)	B(T)
0	0
0.5	0.118
1	0.2
1.5	0.295
2	0.374
2.5	0.455
3	0.52
3.5	0.585
4	0.63
4.5	0.665
5	0.695

آزمایش اول – رسانای تنگستن :

الف – از روی جدول مربوط به میدان مغناطیسی داریم :

		UH(10 ^ -4 volt)(w)	RH(vm/TA)
0	5	0	-----------------
0.5	5	0.07	0.000253968
1	5	0.13	0.000263492
1.5	5	0.18	0.000253968
2	5	0.22	0.000265079
2.5	5	0.29	0.000260317
3	5	0.33	0.000255026
3.5	5	0.4	0.000256689
4	5	0.43	0.000256349
4.5	5	0.46	0.000255379
5	5	0.51	0.000252063

نمودار ولتاژ هال برحسب جریان عبوری از رسانا :

ب –

		UH(10 ^ -5 volt)(w)	RH(vm/AT)*10-3
0	5	0	---------------------------
0.5	5	0.07	0.023728814
1	5	0.13	0.026
1.5	5	0.18	0.02440678
2	5	0.22	0.023529412
2.5	5	0.29	0.025494505
3	5	0.33	0.025384615
3.5	5	0.4	0.027350427
4	5	0.43	0.027301587
4.5	5	0.46	0.027669173
5	5	0.51	0.029352518

آزمایش بررسی نیروی محرکه القایی و تحقیق قانون القای فاراده

آزمایش بررسی نیروی محرکه القایی و تحقیق قانون القای فاراده

شرح آزمایش:

وسائل مورد نیاز : دستگاه القا ، 6 جفت آهنربای استوانه ای شکل دائمی ، موتور الکتریکی ، دستگاه کنترل سرعت موتور ، میکرو ولت متر .

آزمایش اول – اندازه گیری نیروی محرکه القایی برحسب سرعت حلقه رسانا :

ابتدا 6 جفت آهنربا را در هر نقطه ای که با 6 علامت گذاری شده بود قرار دادیم . ریل لغزنده را یاز کرده و مقابل محفظه قرار دادیم . موتور را مقابل ریل قرار داده و موتور را به دستگاه کنترل سرعت موتور متصل کردیم . ابتدا نخ را به شیار کوچک سه نظام وصل کرده و موتور را روشن کردیم و نیروی محرکه القایی را در این حالت مشاهده نموده و یادداشت کردیم . سپس نخ را به شیار متوسط سه نظام وصل کرده و با این کار سرعت را دو برابر کرده و نیروی محرکه القایی را در این حالت هم یادداشت کردیم . برای حالت سوم هم که سرعت ، چهار برابر سرعت حالت اول است ، نیروی محرکه القایی را در این حالت مشاهده نموده و یادداشت کردیم . ضمنا در این حالات از حلقه با عرض 2 واحد حلقه کوچک استفاده نمودیم .

آزمایش دوم – اندازه گیری نیروی محرکه القایی بصورت تابعی از عرض حلقه رسانا :

ابتدا نخ را روی شیار کوچک قرار داده و موتور را روشن کرده و  برای حلقه کوچک نیروی محرکه القایی را یادداشت کردیم . سپس عرض حلقه را  و 2 برابر کرده و در هر یک از این حالات نیروی محرکه القایی را یادداشت کردیم .

آزمایش سوم – اندازه گیری نیروی محرکه القایی بصورت تابعی از چگالی شار میدان مغناطیسی :

ابتدا نخ را روی شیار کوچک قرار داده و عرض حلقه را دو واحد حلقه کوچک قرار دادیم . در این حالت که میدان مغناطیسی نیز بوسیله 6 جفت آهنربا ایجاد شده ، نیروی محرکه القایی را یادداشت کردیم . سپس میدان مغناطیسی را با 5 ، 4 و 3 جفت آهنربا ایجاد کرده و نیروی محرکه القایی را در همه این حالات یادداشت کردیم .

« آزمایش انداره گیری نیروی محرکه القایی تولید شده در سیملوله با میدان متغیر »

« آزمایش انداره گیری نیروی محرکه القایی تولید شده در سیملوله با میدان متغیر »

شرح آزمایش :

وسایل آزمایش : سیم پیچ هایی با مقاطع و تعداد دور های مورد نیاز ، سیم پیچی با قطر 120 سانتی متر برای تولید میدان مغناطیسی ، مولد موج مثلثی ، Cassy .

الف – اندازه گیری نیروی محرکه القایی برحسب تابعی از مقطع سیم پیچ :

ابتدا سیم پیچ تولید میدان را به منبع تولید جریان مثلثی متصل کرده و خروجی جریان را 2.9 A قرار داده و آهنگ تغییر جریان در سیم پیچ را 1 آمپر بر ثانیه قرار دادیم . در این مرحله از آزمایش سیم پیچ های با مقاطع  ،  و  میلی متر و تعداد دور های 300 حلقه را به طور جداگانه در میدان مغناطیسی درون سیم پیچ مولد میدان قرار دادیم و ننمودار جریان و نیروی محرکه القایی آن را توسط Cassy رسم کردیم .

ب- انداره گیری نیروی محرکه القایی برحسب تابعی از تعداد حلقه ها :

در این آزمایش از سیم پیچ با مقطع  میلی متر و با تعداد حلقه های 100 ، 200 و 300 حلقه استفاده کردیم . ابتدا آهنگ تغییر جریان را در حدود 5/1 آمچر بر ثانیه قرار داده و نمودار جریان و نیروی محرکه القایی را برای این سیم پیچ ها توسط Cassy رسم کردیم .

ج – اندازه گیری نیروی محرکه القایی بصورت تابعی از آهنگ تغییرات میدان :

در این آزمایش از سیم پیچ با مقطع  و تعداد دور های 300 حلقه استفاده نمودیم . ولی این بار آهنگ تغییر جریان را به ترتیب 8/0 ، 1 ، 2/1 ، 6/1 آمپر بر ثانیه قرار دادیم ( در نتیجه این تغییر ، آهنگ تغییر میدان مغناطیسی تغییر می کند ) و نمودار های جریان و نیروی محرکه القایی را توسط Cassy رسم نمودیم .

محاسبات آزمایش :

الف – اندازه گیری نیروی محرکه القایی برحسب تابعی از مقطع سیم پیچ :

سیم پیچ	IMax (A)	UMax (mv)
	2/871	0/297	9916/0
	853/2	162/0	0225/1
	841/2	177/0	0225/1

مقادیر محاسبه شده از روی نمودار با تقریب خوبی نزدیک مقدار تنظیم شده برای دستگاه هستند .

با تقریب خوبی Constant/l برابر با شیب نمودار می باشد .

نمودار نیروی محرکه القایی برحسب سطح مقطع سیم پیچ :

محاسبه شیب نمودار :

از آنجایی که A و U با هم نسبت مستقیم دارند ، پس نمودار آن ها از مبدا می گذرد . پس داریم :

ب- انداره گیری نیروی محرکه القایی برحسب تابعی از تعداد حلقه ها :

تعداد دور		IMax (A)	UMax (mv)
100	5056/1	841/2	153/0
200	5444/1	876/2	301/0
300	505/1	829/2	454/0

مقادیر محاسبه شده از روی نمودار با تقریب خوبی نزدیک مقدار تنظیم شده برای دستگاه هستند .

با تقریب خوبی Constant/l برابر با شیب نمودار می باشد .

نمودار نیروی محرکه القایی برحسب تعداد دور سیم پیچ ها :

محاسبه شیب نمودار :

از آنجایی که A و N2 با هم نسبت مستقیم دارند ، پس نمودار آن ها از مبدا می گذرد . پس داریم :

ج – اندازه گیری نیروی محرکه القایی بصورت تابعی از آهنگ تغییرات میدان :

	IMax (A)	UMax (mv)
8/0	869/2	122/0
1	878/2	156/0
2/1	847/2	193/0
6/1	898/2	270/0

با تقریب خوبی Constant/l برابر با شیب نمودار می باشد .

نمودار نیروی محرکه القایی برحسب أهنط تغییر جریان :

محاسبه شیب نمودار :

از آنجایی که A و dI/dt با هم نسبت مستقیم دارند ، پس نمودار آن ها از مبدا می گذرد . پس داریم :

آزمایش بویل-ماریوت و شارل-گیلوساک

به نام خدا

آزمایشگاه فیزیک 1

آزمایش بویل-ماریوت و شارل-گیلوساک

مختصری از تئوری آزمایش:

          در این آرمایش می خواهیم قانون بویل-ماریوت و شارل-گیلوساک را بررسی کنیم.

دستگاه ماریوت:

          این دستگاه مطابق شکل از مخزن Z تشکیل شده است که به وسیله لوله لاستیکی به لوله C مربوط می باشد. در داخل مخزن Z مقداری هوای خشک توسط جیوه موجود در داخل لوله C و لوله لاستیکی محبوس می باشد. به وسیله دو پیچ که روی پایه لوله C قرار دارند می توان لوله ها را بالا و پایین برد، در نتیجه می توان حجم هوای محبوس را تغییر داد. مخزن Z داخل لوله A قرار دارد. جریان آب می تواند از مجرای M وارد و از مجرای N خارج شود، در نتیجه می توان دمای اطراف لوله Z را تغییر داد. این تغییر دما توسط دماسنج L که در کنار مخزن Z قرار دارد انداره گیری می شود. اختلاف سطح جیوه در دو لوله توسط خط کش میلیمتری که بین دو لوله قرار دارد اندازه گیری می شود.

کاتتومتر:

          کاتتومتر از یک لوله فولادی قائم تشکیل شده که بر حسب میلی متر مدرج شده است. با تنظیم پیچهایی که در زیر پایه تعبیه شده است می توان میله لوله ای را قائم نگه داشت. در طول میله خط کش کوچکی به نام ورنیه می لغزد که توسط آن ارتفاع را با دقت 0.05mm می توان اندازه گیری نمود( دلیل اینکه چرا دقت این می باشد را در آخر گزارش توضیح داده ایم). بر این ورنیه دوربینی سوار است که با آن می توان اجسام دور را در صورت تنظیم رویت کرد. به این ترتیب که با پیچاندن پیچ سمت راست دوربین، فاصله عدسی شیئی و چشمی را طوری تنظیم نمود که تصویر جسم و تار رتیکول به طور واضح در حداکثر روئت بر هم منطبق شوند. یادآوری می شود که قبلا تصویر تار رتیکول در چشمی برای حداکثر روئت تنظیم شده است و نباید آنرا از تنظیم خارج کرد. بر روی دوربین ترازی قرار دارد که به وسیله پیچی که در زیر آن تعبیه شده است می توان دوربین را به صورت افقی تراز کرد.

قانون بویل-ماریوت:

          اگر جرم معینی از گاز را در دمای ثابت متراکم یا منبسط کرد، فشار و حجم گاز در جهت عکس هم تغییر می کند. یعنی در دمای ثابت حاصلضرب فشار گاز در حجم آن مقدار ثابتی است.

آزمایش 1: تحقیق قانون بویل-ماریت:

          ابتدا پیچ تغییر مکان قائم دوربین را باز می کنیم و دوربین را بالا و پایین میبریم تا انتهای مخزن Z در حوزه دید دوربین قرار گیرد. پیج تنظیم آنرا می گردانیم تا با تغییر فاصله چشمی و شیئی تصویر کاملا واضح دیده شود.حال با تغییر پیچ میکرومتری تار رتیکول را بر انتهای مخزن Z منطبق می نماییم، تا لوله C به راحتی بتواند در امتداد شیار حرکت نماید. آنگاه لوله C را طوری قرار می دهیم که سطح جیوه درون لوله C چند سانتی متر بالا تر از سطح جیوه در لوله Z قرار گیرد. آنگاه پیچهای روی پایه را ببندید تا پایه نلغزد. اکنون محل قرار گرفتن بالا ترین لوله Z را از روی خط کش یادداشت می کنیم( که در اینجا 901.30mm است). سپس ارتفاع جیوه لوله Z را نیز از روی خط کش خوانده یادداشت می کنیم (که در اینجا 705.60mm).

به این ترتیب هوای محبوس در لوله Z را بر حسب سطح مقطع لوله بدست می آوریم.

که S  سطح مقطع لوله است. (در اینجا

 حال ارتفاع سطح جیوه درون لوله C را قرائت می کنیم و آنرا یادداشت می کنیم ( که در اینجا 740.10mm) چون یک طرف لوله C به هوای آزاد ارتباط دارد، لذا فشار هوای محبوس در داخل مخزن Z برابر است با :

در این رابطه H فشار محیط است( در اینجا 661.25mmHg)

حال پیچهای روی پایه C  را باز می کنیم و پایه را در امتداد شیار به آرامی پایین می آوریم تا سطح جیوه در لوله C پایین تر از سطح جیوه در لوله Z قرار گیرد.( در این حالت فشار هوای محبوس کاهش یافته و حجم آن زیاد می شود.). دو پیچ را محکم می بندیم. ارتفاع دو سطح جیوه در لوله های C و Z به ترتبیت  می نامیم. حجم و فشار هوای محبوس در داخل لوله Z در این حالت برابر است با:

با دیگر پیچها را باز می کنیم و دو سطح جیوه را در لوله های Z و C یکسان می گیریم. و این سطح مشتر ک را توسط خط کش خوانده و یادداشت می کنیم.( که در اینجا 703.75mm) فشار و حجم هوای محبوس در لوله Z در این حالت برابر است با

با استفاده از رابطه یک و مقادیر بدست آمده قانون بویل-ماریت را تحقیق می کنیم.

تذکر: آزمایش زمانی رضایت بخش است که در تمام طول آزمایش دمای محیط مخرن Z ثابت بماند، که در اینجا   است.

می بینیم که این حاصلضرب تقریبا ثابت است و اختلاف موجود به خاطر خطاهای اندازه گیری در آرمایش می باشد.

قوانین گیلوساک:

          هر گاه حجم گازی را ثابت نگه داشته، آنرا گرم کنیم، فشار آن افزایش می یابد. اگر فشار گاز در دماهای  به ترتیب باشد، رابطه زیر بر قرار است:

که فشار گاز در 0 درجه و ضریب ازدیاد فشار گاز در حجم ثابت است. می دانیم که بین رابطه زیر بر قرار است:

پس:

هر گاه فشار گازی را ثابت نگه داشته، آنرا گرم کنیم، حجم آن افزایش می یابد. اگر حجم گاز در دماهای  به ترتیب باشد، رابطه زیر بر قرار است:

که حجم گاز در 0 درجه و ضریب ازدیاد حجم گاز در فشار ثابت است. می دانیم که بین رابطه زیر بر قرار است:

پس:

آزمایش 2- قوانین گیلوساک:

          ابتدا دقت می کنیم که سطح جیوه در دو لوله C و Z یکسان باشد. در این فشار گاز درون مخزن برابر فشار محیط می باشد. دما را از روی دماسنج درون لوله A خوانده، یادداشت می کنیم ( که در اینجا  می باشد). اکنون شیر آب متصل به لوله A را باز می کنیم تا آب شبکه به درون لوله جاری شود. مدتی صبر می کنیم تا دمای آب ثابت بماند. مخزن C را آنقدر تغییر می دهیم تا سطح جیوه درون مخزن Z مجددا روی عدد  قرار گیرد(حجم ثابت). آنگاه دمای جدید ( که در اینجا ) و ارتفاع جیوه را درون مخزن C یادداشت می کنیم.( که در اینجا ). در دماهای  فشار های هوا عبارتند از :

حال را محاسبه می کنیم:

            در همین حال که آب درون لوله جریان دارد سطوح جیوه را در دو لوله Cو Z یکسان می کنیم(فشار ثابت). و ارتفاع مربوطه را یادداشت می کنیم( که در اینجا ). حجم گاز در دمای  عبارت است از:

حال  را بدست می آوریم:

فرمول ماریوت-گیلوساک:

          اگر حجم، فشار و درجه حرارت مطلق گازی به ترتیب  باشد، رابطه زیر بر قرار است:

R عدد ثابت گازهای کامل، m جرم گاز و M جرم مولکولی گاز می باشد.

محاسبه R :

          m (جرم هوای موجود در مخزن) از رابطه زیر بدست می آید:

که داریم:

دقت میکنیم که چون ضریب  بر حسب lit است ما نیز جحم گاز را به lit  تبدیل کردیم ()

پس داریم:

جواب خواسته 1)

از طرفی داریم:

حال برای داریم:

از طرفی داریم:

خواسته 2)

اندازه گیری خطای محاسبات :

را می توان تابعی از دانست. پس:

که داریم:

برای بدست آوردن  باید این خطا ها را از روی تابع آن محاسبه کرد( که خود P تابعی از اختلاف ارتفاع ها و فشار محیط است)

و از طرفی داریم:

پس:

و برای داریم:

و از طرفی داریم:

پس:

حال بر می گیردیم به محاسبه :

و خطای نسبی برابر است با:

پس:

و برای  داریم:

و از طرفی ( به همان روش بالا):

پس:

و برای خطای نسبی آن داریم:

پس:

اما سوال مطرح شده در درس که چرا دقت کاتتو متر 0.05 میلی متر است :

علت این است که خط کش روی میله قائم تا mm1  است و و ورنیه ای که روی آن می لغزد 20 قسمت شده است پس هر میلی متر به 20 قسمت تقسیم شدهاست.