سیستمهای جانبی : ساختمانهای فولادی

سیستمهای جانبی : ساختمانهای فولادی

 

---

 

معرفی :

فولاد در ساختمانهای بلند

معماری تاریخی و طاق نصرت های ساختاری روزهای گذشته ، مانند اهرام کشور مصر ، معبدهای یونان ، پل های بتنی رم ، از سنگ یا برخی از بناهای ساختمانی ، ساخته شده اند آرشیتک ها و مهندسان امروزی ، از موادی در ساختمان استفاده می کنند که برتری و مزیت دارند فولاد ساختاری ساختاری ، بطور مثال یکی از این مواد است که مدت زمان طولانی است که از آن استفاده می کنند این ها ( فولاد ساختاری ) متنوع و اقتصادی هستند در دو دهه گذشته تولید کنندگان فولاد ، برای آرشیتک ها  و طراحان ساختاری طیف وسیعی از فولاد را برای آنان تهیه و در شکل های متنوع که دارای درجات بالایی از مقاومت تولید شده اند فولادهای هوازده شده که از خودشان محافظت کرده و در برابر فرسایش مقاوم هستند که ؟ آن بیشتر از همه ، مورد استفاده قرار می گیرد تکنیک های محافظت در برابر آتش و متدهای جدیدی بکار گرفته شده در تولید و ساخت آنان که دلائلی می باشد جهت استفاده کردن از فولاد در ساختارهای متنوع در مکانهای کم ارتفاع مانند پارکینگ ها و آسمانخراش های 100 طبقه ، اساساً ، سیستمهای ساختاری جدید فولاد ، در برابر زلزله و نیروی باد و لرزش و تکان مقاوم هستند در بسیاری از موارد طراحی های خوب ، زیبایی و استقامت فولاد را به نمایش می گذارد اگر چه کاربرد فولاد را در ساختارها ، می توان به سال 1856 ارجاع داد زمانیکه فرآیند ساخت فولاد بسمر (Bessemer) ، معرفی شد و برای ساختارهای بلند مورد استفاده قرار گرفت مثلاً در برج ایفل که در سال 1889، ساخته شده است بعد از آن در قرن 19(نوزدهم ) چندین ساختمان بلند ، ساخته شد ( فوت 286 یا 87 متر ارتفاع) مانند ساختمان Flatiron (فلاتیرون ) در سال 1902 با ( فوت 1046 یا 319 متر ارتفاع) یا ساختمان Chrysler (کریسلر) که در سال 1929 در قسمت مرکزی شهرهای شیکاگو و منمهتن ، ساخته شد رکورد بلندترین ارتفاع بوسیله ساختمان امپایر استیت در سال 1931 ، شکسته شد با (فوت 1250 یا 381 متر ارتفاع) و همین طور برجهای دو قلوی یا ساختمانهای مرکز تجاری دنیا در سال 1972 ( با 1450 فوت و یا 412 متر ارتفاع ) و بدنبال آن بلافاصله برج Sears(سیرز) در شیکاگو ساخته شد در سال 1974 با (1450 فوت یا 442 متر ارتفاع ) اما هنوز هم معماران در پی ساخت بلندترین ساختمانها هستند شاید برای اینکه پیش بینی کنیم آیا بلندترین ساختمان فولادی در این دهه ساخته خواهد شد یا نه ، باید به توپ کریستال (مخصوص فال بین ها) خیره شویم نمایش قابل قبول و مناسب فولادها در ساخت ساختمان های بلند ، ارائه وعرضه شده است نقش فولاد فقط در ساختارهای اولیه به انتقال دادن بارگذاری نیروی ثقل ، ارجاع شده جهت شامل کردن سیستمهای بادی و سیستمهای ساختاری جدید و تنظیم کردن قاب بندی ، برای ساختارهای لوله مانند .

امروزه تولید و ساخت بهبود یافته و تکنیک های فرسایشی با تکنیکهای تحلیلی پیشرفته ترکیب شده که توسط کامپیوترها طراحی شده و در ساخت فولادها استفاده می شود البته فقط در سیستمهای ساختاری درست و منطقی برای ساختمانهای بلند .

مزیت های ساختمان فولادی :

آیا استفاده از فولاد ، انتخاب مناسبی برای قاب بندی ساختماهای چند طبقه می باشد ؟

این تصمیمی است که همواره نیازهای مطالعات تطبیقی را بهبود می بخشد در اینجا برخی از دلائلی که بطور طبیعی با مزیتهای رقابتی فولاد و بتن ارتباط دارند ذکر شده اند :

1-   سرعت ساخت ، بویژه همراه با ، مدت زمان میزان سوددهی بالا .قاب بندی فولادی بسیار سریع صورت می گیرد که هزینه های مالی ساخت را بطور محسوسی کاهش می دهد و بدنبال آن درآمد زیادی تولید می شود بطور مثال ، 20 میلیون دلار وام با 5/13 درصد سود ، موجب صرفه جویی (حدوداً) 250 هزار میلیون دلار سود و هزینه انتقال (حمل و نقل ) می شود در هر ماه و همینطور زمان تکمیل پروژه کاهش می یابد.

2-   قابلیت استفاده از فولاد در طبقات و شکل های مختلف ، برای قاب بندی اقتصادی فواصل دو تکیه گاه تیر ( دهانه ) کوتاه و بلند ، مناسب می باشد.

3-   بکارگیری طرح اقتصادی و پیشنهادهای فولاد ، برای بهبودسازی و احیاء پروژه ها مفید است فولاد می تواند براحتی تغییر شکل دهد بسط داده شود یا در آینده نیازهای مالکان و مستأجران را برطرف کند بهمین خاطر ، یک قاب بندی فولادی ، اغلب بعنوان یک قاب بندی قابل تغییر مورد استفاده قرار می گیرد.

4-   در موقعیتهای فونداسیون مشکل ، امکان دارد ساختمان فولادی هزینه های فونداسیون را بدلیل وزن سبک آن ، کاهش دهد قاب بندی فولاد ، بطور نرمال و طبیعی 25 تا 35 درصد سبک تر از قاب بندی بتنی است و می توان با استفاده از فولاد سیستمهای گران فونداسیون را ارزان کرد مثلاً در مرکز شهر هوستون ، اساس و شالود با خاک رس نرم و متراکم شده می باشد که این ساختمان بلند دارای سیستم فونداسیون با مواد سخت می باشد اینوع فونداسیون نیاز دارند تا وزن خاک حذف شود در نتیجه زیربنای ساختمان نباید کمتر از درصد بارگذاری باشد که برای خاک بوسیله ساختار کامل شده بکار گرفته شده است یعنی ساختار واقعی سنگین تر است و بطور افزایشی مقدار آن بیشتر از خاکی می باشد که حذف شده بدلیل ؟ فشار خالص بر خاک با ساختمان بتنی ، بطور نمونه ساختمانهایی که حدوداً 5/1 میلیون فوت مربع از فضا در یک ساختمان 50 طبقه دارند تقریباً کمتر از 3 درجه سطوح نیاز دارند با تغییر دادن سیستم قاب بندی بتنی برای فولاد ، بطور نمونه فقط ، نیاز به دو پی ( پی ساختمان) می باشد با اینکار نه تنها هزینه های زیر بنا کاهش می یابد بلکه نصب سیستم نگهدارنده و هزینه های آب گیری نیز کاهش می یابد.

5-   افزایش یافتن پذیرش بوسیله بدنه های کد – کنترل کننده متدهای صحیح برای طراحی کردن با فولاد ساختمان ظاهری (بیرونی ) ایمن از آتش ، این متدها ، شیوه هایی را برای محاسبه کردن انتقال گرما و تعیین کردن دمای فولاد در نقاط حساس توصیف می کنند .

6-   در شرایط آب و هوای سرد ، قاب بندی فولاد ساختاری ترجیح داده می شود بخاطر شرایط های بد جوی یعنی شرایط برفی و یخی . البته باید در اینجا متذکر شد که برای محافظت از سرمای زمستان و همچنین باد نیاز به گرمای مصنوعی است که دمای فولاد را حداقل 45 F ( فارنهایت ) افزایش دهد یعنی در اینجا اسپری ضد آتش را می توان بکار برد این دما حداقل 24 ساعت دوام دارد حتی با استفاده از اسپری ضد آتش .

یستمهای ساختاری در فولاد :

یکی از سؤالات اساسی مهندسی ساختاری پاسخ به این پرسش است که آیا سیستم ساختاری برای ساختمان از نظر اقتصادی دارای اهمیت است با یک ارزیابی مقدماتی این واقعیت آشکار می شود که هزینه ساختاری ساختمانهای فولادی ، نه تنها در تناژ ( وزن کلی بار ) فولاد مورد استفاده قرار می گیرد بلکه هزینه های فرسایش و ساخت نیز در نظر گرفته می شود اگر چه هزینه فرسایش و ساخت فولاد گران است اما این هزینه ها می توانند بر هزینه های دیگر مشابه نقشه ها یا طرحهای ساختاری مختلف نیز تأثیر گذارند البته اینکار آسان یا سهل انگاشتن شرایط واقعی است اما نقطه آغاز گزینش یا انتخاب طرح ساختاری است بنابراین ، هدف پیدا کردن یک سیستم ساختاری است که برای مقدار مینیمم فولاد بدون در نظر گرفتن گرانی آن ، استفاده می شود در قانون کلی ، چیزهای دیگر مساوی است در ساختمانهای بلند نیاز بیشتر جهت تعیین کردن سیستم مناسب برای مقاومت بارگذاری جانبی می باشد این پروژه اولین بار توسط معماران در اصطلاح ضمنی بکار گرفته شد یعنی تعیین کردن شکل کلی ساختمان ، با تعداد تقریبی طبقات و سایز (اندازه ) و مکان یابی . مهندسی ساختاری ، در این مرحله یک سیستم اختیاری را آشکار می کند که نه تنها یک ساختار اقتصادی است بلکه با ؟ خاصی همراه است نیازی نیست که بگوییم ، هر ساختمان یک محصول از سری توافق بین کشمکشها و درخواست ها  ،گزینش نقشه یا طرح ساختاری می باشد.

با تعیین کردن سیستم قاب بندی اقتصادی ، ضروری است که سیستم قاب بندی طبقه افقی و عناصر عمودی قاب بندی ساختاری ارزیابی شود به سیستمهای قاب بندی جانبی که در این فصل شرح می دهیم توجه کنید البته قاب بندی طبقه ، در بخش های بعدی این کتاب توصیف شده اند . ساختارهای بلند ، معمولاً دفاتر کاری یا ساختارهای مسکونی (آپارتمانها ، هتل ها ) می باشند و یا در برخی از موارد ترکیب هر دو .

اغلب اوقات آنها ، شامل گاراژها و پارکینگ ها هستند مطالعات صورت گرفته بر سیستم های ساختاری در ارتباط با ساختارهای ویژه نشان می دهد که نتایج حاصل شده در شرایط های مشابه کافی نیستند امروزه ، سیستمهای فولادی ساختاری زیادی وجود دارند که می توانند برای مهار بندی جانبی ساختمانهای بلند مورد استفاده قرار گیرند البته اینکار بیهوده است که سعی کنیم همه این سیستمها را طبقه بندی کنیم بصورت مجزا ، هر چند ، برای این اهداف ارائه شده ، سیستمهای ساختاری مختلف بطور معمول در طراحی ساختمانهای بلند استفاده می شوند که بصورت ذیل طبقه بندی شده اند :

1-   قاب بندی های نیمه سفت

2-   قاب بندیهای محکم

3-   قاب بندیهای مهار بندی شده

4-   قاب بندی محکم و قاب بندی مهار بندی شده با اثر متقابل

5-   سیستمهای تسمه ای و خرپا (نیمه مشبک ) پایه

6-   ساختارهای لوله ای قاب بندی شده با لوله هایی به شکل منظم

7-   ساختارهای لوله ای قاب بندی شده با لوله هایی به شکل نامنظم

8-   لوله های مهار بندی شده بیرونی (خارجی ) با شکل های منظم

9-   لوله های مهاربندی شده بیرونی (خارجی ) با شکل های نامنظم

10- ساختارهای لوله ای روزنه دار

11- ساختارهای مگاباتی

توصیف کردن هر سیستم و کاربرد آنان در بخش های بعدی ، ارائه شده است .

4.2 . قاب بندیهای نیمه سفت (سخت ):

معرفی :

استفاده از قاب بندیهای اصلی ، که از اجتماع یا مجموع تیرها و ستونهای تشکیل شده اند یکی انواع بسیار متداول سیستم های مهاربندی است که در طراحی ساختمانهای بلند مورد استفاده قرار می گیرد بدلیل مینیمم ممانعت یا جلوگیری برای طراحی معماری بوجود آمده توسط این سیستم در ساختمانهایی که ارتفاع معمولی و ارتفاع بلند دارند این ساختارها ، زیاد سست و ضعیف نیستند و احتمال دارد که نیروهای جانبی مقاوم از طریق خمش تیرها و ستونها ، صورت می گیرد برای عملکرد ماکزیمم قاب بندی ، اتصالات در محل تقاطع تیرها و ستونهای مورد نیاز باید محکم باشد بدین صورت که هر تغییر شکلی در اتصالات باید جزیی باشند در ساختمانهای بلند ، حدوداً 30 طبقه و یا بیشتر معمولاً اقتصادی است که قاب بندی جهت مقاومت کامل قاب بندی توسعه و گسترش یابد زمانیکه قاب بندیهای مقاومت گشتاور ، بعنوان مهاربندی باد ، مورد استفاده قرار می گیرند چنین اتصالات با قاب بندیهای محکم ، معمولاً در ساختمانهایی با قاب بندی سفت و محکم (خشک ) استفاده می شوند هر چند برای ساختمانهایی که کمتر از 25 تا 30 طبقه دارند به قاب بندی محکم نیازی نیست این بدلیل عناصر اتصالات سنگین تر است که به تنهایی با جوشکاری ایجاد شده اند یا اتصال کننده های بزرگ که نیاز به تثبیت ثابت شده دارند علاوه براین گشتاور ثقل (گرانش) موجب می شود که ستونهای داخلی بارگذاری شده بصورت نامتقارن خمیده شوند که این مزیت خمیدگی تیرها را کاهش داده و همینطور وزن تیرها نیز کاهش می یابد از طرف دیگر در انتهای طیف دیگر قاب بندی ساده و خیلی کوچک صورت می گیرد با هر مقاومتی که جهت خمیدگی مورد نیاز باشد مشروط بر اینکه ، بارگذاری جانبی در یک ساختمان بلند انجام گیرد هر دیوار برشی ، قاب بندیهای مهاربندی شده و یا برخی از سیستم های مهاربندی جانبی دیگر ، نیاز به طراحی ساختمان دارد اتصالات نیمه محکم (نیمه سفت)  می توانند بعنوان اتصالاتی توصیف شوند که وضعیت بینابینی بین اتصالات ساده و کاملاً محکم باشد چنین اتصالاتی از محدودیتها جلوگیری بعمل می آورند جهت گشتاور انتهایی و اینکار می تواند بقدر کافی گشتاور فضای میانی را در تیر بارگذاری شده ثقل کاهش دهد هر چند آنها ، بقدر کافی محکم نیستند ولی می توانند مانع چرخش انتهای تیر شوند اگر چه وضعیت واقعی مربوط به اتصال پیچیده است ولی روشهای ساده و تغییر یافته ای نیز وجود دارند که در طراحی چنین اتصالاتی بکار گرفته می شوند البته چندین ویژگی مانند AISC ، بریتش و کدهای استرالیایی ، برای اتصال نیمه محکم پیشنهاد شده اند که طراح بدلیل مشکل بدست آوردن یک مدل تحلیلی معتبر جهت پیشگویی واکنش پیچیده اتصالات قبلاً مورد استفاده قرار داده است هر چند موفقیت منطقی و ؟ با انواع دیگر اتصالات نسبتاً محکم نیز بدست آمده که آن AISC است نوع 2 با اتصال باد ، همراه با شروط مشابه پیدا شده در بریتش و کدهای استرالیایی . در بخش های بعدی یک توصیف کوتاه از وضعیت هر نوع از اتصالات ارائه شده که بر طراحی نوع 2 اتصال بادی تأکید می کند .

4.2.2. مروری بر وضعیت اتصالات :

در طراحی فولاد ساختاری ، انواع مختلف طرحهای فرضی ارائه شده اند که بستگی به محکمی اتصالات مورد استفاده در ساخت دارند بطور مثال انسیتوی آمریکایی ساختن فولاد (AISC) ، ویژگیها و مشخصات قاب بندیهای اصلی دارند که به سه نوع مختلف طبقه بندی شده اند :

1- قاب بندی ساده که در اتصالات برشی ساده مورد استفاده قرار می گیرند که اتصالات نوع 2 AISC نامیده می شود.

2- قاب بندی کاملاً سخت (محکم ) که در اتصالات محکم تیر به ستون استفاده می شود بنام اتصالات نوع 1 AISC

3- قاب بندیهای نیمه محکم که نسبتاً محکم هستند و در اتصالات تیر به ستون استفاده می شوند ، بنام اتصالات نوع 3  AISC.

طبقه بندی بر مبنای درجه محدودیت فراهم شده توسط اتصال در محل بهم پیوستن (اتصال) تیر به ستون صورت می گیرد اتصالات در قاب بندیهای ساده ، فقط برای انتقال برش عمودی طراحی شده اند که فرض شده هیچگونه خمیدگی گشتاور در محل اتصال وجود ندارند اتصالات در قاب بندیهای کاملاً محکم جهت گسترش یا توسعه کامل مقاومت برای هر دو گشتاور خمیدگی یا برشی می باشد که بقدر کافی محکم است تا هیچگونه تغییری در زاویه های اصلی بین اعضای اتصال یافته صورت نگیرد قاب بندیهای نیمه محکم ، وضعیت اتصالشان بینابین اتصال ساده و کاملاً محکم است وضعیت کاملاً ساده و کاملاً محکم ، البته شرایط ایده آلی هستند که می توانند مورد استفاده قرار گیرند اساساً ضروری است که برخی از ایده ها ، کمتر مورد قبول واقع شود و در اینجا عملکرد قاب بندیهای ساختاری واقعی در بعد وسیعی بین عملکرد مورد حمایت کاملاً ساده و محکم مورد استفاده قرار می گیرند مثلاً در نظر بگیرید اتصال تیر به ستون ، از یک اتصال جان تیر دو زاویه ای تشکیل شده همانطور که در تصویر شماره 4.1 مشخص شده است زوایای قاب بندی متداول که برای جان تیر ، بسته شده اند معمولاً برای انعطاف پذیری کامل در نظر گرفته می شوند در واقع آنها محدودیت محدود شده را برای گشتاور و جهت مخالف در برخی از چرخش های وسیع در انتهای تیر ، پیشنهاد می کنند روابط بین گشتاور بکار گرفته و چرخش یک اتصال ، بطور کلی با تجربه تعیین می شود زمانیکه چرخش جایگزین می شود قسمت بالایی اتصال دارای کشش است در حالیکه قسمت یا بخش پایینی در مقابل ستون فشرده شده است چرخش با تغییر شکل زوایا تطبیق داده می شود بنابراین ، مینیمم (حداقل) محدودیت چرخشی در زاویه ها باید تا حد ممکن ظریف یا کم باشد .

اتصالات تیرهای جای گرفته و محکم نشده ،در تصویر 4.2 مشخص شده اند که برای حمایت و پشتیبانی از انتهای تیرهای نامحدود در نوع 2 ساخت مورد استفاده قرار می گیرند وضعیت زاویه پایه بطور خلاصه در تصویر 4.3 نشان داده شده عملکرد یا فعالیت زاویه پایین (انتها) ، مانند یک تیر سر آزاد یا پیشامدگی است به استثنای اینکه با ، بال یا لبه (تیرآهن) انتهای تیر محدود و به آن متصل شده است ویژگیهای چرخشی گشتاور اتصال زاویه پایه ، بستگی به عمق تیر ، محکم بودن زاویه بالا ، محکم بودن کمربندهای اتصال زاویه بالا به ستون و محکم بودن لبه یا بال (تیرآهن) ستون به زاویه بالای متصل شده دارد اتصالات زاویه پایه ، بطور نمونه سفت تر از اتصالات زاویه جان تیر می باشد اما هنوز اتصالات آن انعطاف پذیری ساده ای دارند با ترکیب کردن هندسی زاویه جان تیر و اتصالات بالا و پایین زاویه ، امکان توسعه اتصال وجود دارد که بزرگتر از مقاومت گشتاور است تا اتصالات قبلی که توصیف کردیم زاویه های بالا و پایین ، گشتاور را جایی (انتقال) می کند و زاویه های جان تیر را بررسی می کند اگر چه توزیع بار ، احتمالاً بنظر اختیاری است مانند تقسیم کردن تولید مناسب عملکرد اتصالات متناسب .

از ساختارهای عمودی استفاده شده در مکان بالا و پایین زاویه های مربوط به اتصال زاویه پایه و انعطاف پذیر نتیجه مهمترین اتصال محکم انواع نیمه محکم آن است افزایش محدودیت چرخشی ، بدلیل بالایی رخ می دهد که در کشش بارگذاری شده و عملکرد و فعالیت آن بر پایه است بدون نیروی خروج از مرکز ، در حالیکه زاویه های بالا بطور غیر معمولی بارگذاری شده اند و نتیجه آن تغییر شکل بزرگ است .

4.2.3 مفاهیم ضمنی خط (لاین ) تیر :

یکی از متدهایی که موجب درک وضعیت اتصال تیر به ستون با بارگذاری زیرین  می شود برای بررسی و مطالعه یک طرح از ویژگیهای چرخش – گشتاور در تصویر 4.4 مشخص شده اند محورهای عمودی ، گشتاور انتهایی مربوط به فعالیت تیر را در اتصال تیر- ستون نشان میدهد در نتیجه چرخش در انتهای تیر ، در امتداد محور افقی در رادیان رسم شده است این نمودار تا حدودی مشابه ، یک نمودار کششی – تنشی (استرس) است اضافه شدن این طرح به اصطلاح لاین یا خط تیر ، نامیده می شود که نتیجه گشتاور انتهای M و چرخش   را برای یک تیر بارگذاری شده بطور یکسان و هر محدودیت انتهایی بیان می کند روابط بین گشتاور انتهایی M و چرخش  می تواند با معادله ذیل بیان شود .

این رابطه یک خط – مستقیم است که می تواند با چرخش از یک تیر ساده حمایت شده و گشتاور انتهای فیکس یا ثابت شده از تیر کاملاً محدود شده در نظر گرفته شود نقطه a بروی لاین یا خط تیر ، گشتاور انتهایی است زمانیکه اتصال کاملاً محدود شده است بنابراین در معادله (4.1) ، چرخش =o است که M=  را ارائه می کند نقطه b ، چرخش در انتهای تیر است زمانیکه تیر دارای محدودیت صفر در انتهاها می باشد بعبارت دیگر ، حرکت تیر ، همانند یک تیر ساده حمایت شده است جانشین M=0 در معادله (4.1)  ، اینطور بدست می آید :

نقطه در لاین تیر ، در لاین اتصال ، تقسیم می شود در نتیجه گشتاور انتهایی و چرخش زیرین ، بارگذاری را ارائه می دهد مستقل بودن حرکت تیر ، بر مبنای محکمی یا سفتی اتصالی است که می تواند با استفاده از این نمودار ، مورد استفاده قرار گیرد بنطور می رسد که حرکت مربوط به اتصالات دو انتها ، مشابه است و تیر در معرض بارگذاری و بطور متقارن بر مبنای تیر قرار گرفته . حرکت سه نوع اتصالی که قبلاً نام بردیم یعنی اتصال انعطاف پذیر ، اتصال نیمه سخت و اتصال محکم یا سخت که می توانند با استفاده از نمودار لاین (خط ) تیر استفاده شوند منحنی I ، یک اتصال انعطاف پذیر ارائه می دهد که بطور نمونه از یک اتصال جان تیر زاویه – دول ( دوتایی ) تشکیل شده است در پایین یک بارگذاری یکسان W ، انتهای تیر در سراسر یک زاویه  می چرخد که بطور نسبی با چرخش  از یک تیر کاملاً محدود نشده یکسان می باشد این چرخش بطور تطبیقی یک گشتاور M است که در انتهاها تولید شده و دلالت بر اتصالات به اصطلاح انعطاف پذیر دارد برخی از گشتاور انتهایی آماده یا نصب شده اند بطور طبیعی خمیدگی گشتاور در حدود 5 تا 20 درصد گشتاور کاملاً تثبیت شده را گسترش داده است منحنی 2 ، یک اتصال نیمه محکم را ، نشان می دهد مانند تصویر 4.5 که از یک صفحه اتصال انتهایی تشکیل شده که جزئیات آن بر مبنای بارگذاری ، الاستیکی آن جهت بهبود بخشیدن چرخش ضروری اتصال است اگر چه ، تیر چرخش یکسان را برای  متحمل می کند گشتاور  بطور چشمگیری برای چرخش  منطبق شده و در انتهای تیرها ، گسترش می یابد محدودیت پیشنهاد شده با اینوع اتصال می تواند با یک درصد کم مثلاً 20 درصد برای یک ارتفاع از 90 درصد کاملاً ثابت ، اختلاف داشته باشد در اینجا ، گشتاورهای انتهایی می توانند 20 تا 90 درصد از گشتاور تولید شده در یک تیر کاملاً ثابت ، را تولید کنند منحنی 3 ، ویژگیهای چرخش – گشتاور را ، از یک اتصال محکم با جزئیات آن شرح می دهد که واقعاً در انتهای آنها هیچگونه چرخشی مجاز نیست تصویر 4.6 یک نمونه از اتصالات جوش داده شده تیر به ستون را نشان می دهد که بطور طبیعی برای بدست آوردن اتصالات کاملاً محکم استفاده می شود گشتاورهای باد ، برای اتصالات نیمه محکم و انعطاف پذیر برخی از مشکلات قطعات تقویتی را ، ارائه می دهند زیرا ، برخی از شیوه ها یا روشها ، این گشتاورها را انتقال می دهند و باید در این اتصالات فراهم شوند که فرض می شود انعطاف پذیر باشند محدودیت اضافی برای جابجا کردن بارگذاری باد ، در نتیجه افزایش در گشتاور انتهایی بدلیل نیروی ثقل بارگذاری می باشد یک راه حل ریاضی صحیح برای اتصالات انعطاف پذیر و نیمه سخت ، امکان پذیر نیست اما بر مبنای عملکرد ساختمانهایی است که از اینوع اتصالات استفاده می کنند AISC ، برای دو راه حل تقریبی فراهم شده است در اولین متد ، اتصال برای گشتاور طراحی شده که بوسیله ترکیب شدن بارگذاری با دو ثقل از یک سوم افزایش در استرس های (تنش های) مجاز استفاده می کند در متد دوم ، اتصال برای القای گشتاور ، فقط با بارگذاری باد ، طراحی شده اند با استفاده از یک سوم افزایش در استرس (تنش) مجاز باید اتصال برای بازدهی (محصول) بطور شکل پذیر برای هر ترکیب ثقل و گشتاورهای باد ، طراحی شده اند هر گشتاور اضافی ، می تواند در انتهای آن رخ دهد و گشتاور های باد را بدلیل بازدهی مربوط به اتصال ، آزاد کند اینوع اتصال ، ضروری است و الاستیک ، اما تغییر شکل خود محدود شده مربوط به صفحه اتصال است بدون استرس (تنش) زیادی .

اصطلاح تغییر شکل(دفرمه) خود محدود شده شامل وضعیتی است برای جلوگیری از استفاده اتصالات نیمه محکم برای تیرهای پیشامدگی که خمش هایی هستند که با چرخش اتصال ، محدود نشده اند اما احتمالاً این برنامه ادامه خواهد داشت در نتیجه چنین اتصالاتی با شکست همراه هستند اگر چه ویژگی  AISC به طراحان اجازه می دهد که از مزیت کاهش در گشتاور فضای میانی یک تیر با اتصالات نیمه محکم استفاده کنند علاوه بر این ، این شیوه بدلیل کمبود تکنیکهای تحلیلی معتبر هنوز قابل پذیرش نیست نوع 2 ، اتصال بادی است که اساساً مهاریته ها برای بارگذاری و ثقل ، نادیده گرفته می شود ولی نوع 2 ، بیشتر طرفدار دارد راجع به نوع 2 (اتصال بادی) در اینجا صحبت می کنیم .

4.2.4 اتصال بادی نوع 2 :

اگر چه ، طراحی نوع دوم ، یک شیوه تجربی است و بطور چشمگیری در ساختمانهای بلند این تکنیک بکار گرفته می شود بهترین مثال جالب توجه برای نوع 2 ، ساختمان امپایر استیت است که قبلاً برای سالهای متمادی ، بلندترین ساختمان بود باید اشاره کنیم که پایدار و استحکام در اینگونه ساختمانها با یکدیگر تثبیت و تلفیق شده بوسیله روکارسنگی بیرونی و مهار بندی داخلی ، ساختاربندی شده اند مهمترین ساختمانهای دیگر که از ساخت نوع دوم استفاده کرده اند ساختمان دبیرخانه سازمان ملل متحد و ساختمان کریسلرchrysler هستند که هر دو در نیویورک می باشند و همینطور ساختمان Alcoa (الکوآ) در پترزبورگ .

اتصال بادی نوع دوم تلفیقی از دو چیز می باشد یعنی اتصال نوع (1) و کمبود مهاربندی مربوط به اتصال ساده نوع دوم (2) .

بررسی اینوع از مهاربندی برای ساختمانهایی که ارتفاع نه چندان بلند دارند امکان دارد که ارزشمند باشد و می تواند هزینه اتصالات گشتاور را بین تیرها و ستونها ، کاهش دهد همانطور که قبلاً متذکر شدیم غیر ممکن است که بتوان حد و مرز عملی و دقیق را بین انواع اتصالات مشخص کرد اکثر اتصالات که در ساختارهای طراحی شده همانند اتصالات ساده یافت می شوند در واقع نیمه محکم هستند طراحی اتصالات بادی نوع 2 برای ساختمانهای بلند ، بر مبنای این است که گشتاورهای انتهای تیرهای بوجود آمده با یک پایداری اتصال برای بارگذاری ثقل ، نادیده گرفته شود در حالیکه کنترل کردن از طریق اتصال مشابه برای پایداری گشتاور بادی محاسبه شده از طریق فرضیات و وضعیت کاملاً محکم (سفت ) صورت می گیرد.

این شیوه یک امتحان یا تست زمان است و در واقع ایمنی را فراهم کند در گشتاور انتهایی و واقعی (اساسی) که می تواند بلندتر از گشتاور طراحی شده باشد اما نمی تواند استرس (تنش) بیشتری داشته باشد اتصالات طراحی شده تحت نظر این شیوه ، بطور کلی نیمه سخت (محکم ) هستند همراه با مؤلفه هایی (سازه هایی) که با دفرمه شدن(تغییر شکل یافتن و بطور غیر الاستیکی مانع چفت و بست می شوند بنابراین محاسبه واقعی گشتاور ترکیب شده در اتصالات ، دشوار می باشد اما این اطمینان باید با شکل بندی و بهم پیوستن خاصیت کش آمدن (کش پذیری ) حاصل شود پس اتصال بادی نوع 2 می تواند بعنوان یک نوع اتصالی توصیف شود که پایداری جانبی را در سراسر اتصالات بادی ویژه توسعه دهد و برخی از محدودیت ها را برای انتهای یک تیر ساده طراحی شده را فقط برای بارگذاری ثقل فراهم کند اساساً طراحی بادی نوع 2 نیاز به اتصالی دارد که باید قابلیت دفرمه شدن غیر الاستیک کافی را برای اجتناب از تنش یا استرس زیاد اتصال دهنده تحت نظر بارگذاری کامل ، داشته باشد زمانیکه هیچگونه مزیتی برای انتهای محدودیت و کاهش وزن تیر وجود ندارد پایداری قاب بندی در اینجا نسبتاً غیر قابل تغییر می ماند هر چند بدون مزیت مهاربندی و یا دیوارهای برشی (برش دیوارها) ، رانه (؟ drift ) بطور طبیعی نیاز به کنترل ارتفاع دارد و این سیستم می تواند برای مزیتهای بسیاری مورد استفاده قرار گیرد اگر چه یک تنوع از فاکتورهای (عوامل) تکنیکی مانند انواع ساخت ها ، زبانه ها یا قفل ها ، محل اتصال جوشکاری همراه با شکل بندیهای مختلف اتصالی وجود دارند که همگی در دسترس هستند انتخاب یا گزینش بهینه اتصال باد نوع 2 ، بر مبنای یک ارزیابی عملی  و دقیق هنوز بصورت عملی و روتین صورت نمی گیرد در حقیقت ، طراحی اتصال باد نوع 2 تجربی است عملکرد ساختاری مربوط به اتصال در ساختمانهای بلند بطور زیاد بر بارگذاری افقی و ثقل ، تأثیر می گذارد و پیشنهاد شده که خود جزئیات اتصال ، در اتفاع ساختمان فرق می کند زمانیکه تأثیر نسبی ثقل و نیروی جانبی در سرتاسر ارتفاع ساختمان متفاوت است برای درک اتصال بادی نوع 2 ، باید اثر حرکت یا وضعیت آن را در ترتیب کامل بارگذاری تعیین کرد باید از بارهای ثقل برای بارگذاریهای بادی معکوس شروع کرد تصویر 4.4 یک منحنی چرخشی – گشتاور را برای یک تیر با یک ویژگیهای چرخشی – گشتاور نشان می دهد شکل منحنی بستگی به طراحی اتصال و دامنه تغییرات از تثبیت تقریباً کامل ساخت قاب بندی محکم نوع 1 ، برای ساخت قاب بندی ساده نوع 2 دارد در تصویر 4.4 نقطه 1 در محل تقاطع مربوط به منحنی اتصال و لاین (خط ) تیر ab را نشان می دهد و همینطور گشتاور ثقل  و تطبیق چرخش   را در انتهاها ، بدلیل یکسانی بار توزیع شده W .

گشتاور انتهایی در سمت دست چپ مربوط به شاه تیر ، در جهت خلاف عقربه ساعت است در حالیکه گشتاور انتهایی بر منبای سمت دست راست در جهت عقربه های ساعت را نشان می دهد در نموداری بدون بدنه تیر در تصویر 4.7 محل تقاطع نقاط  و  درتصویر4.9 ، کاربرد بارگذاری عمودی را فقط برای تیر ، نشان می دهد در اینجا هیچگونه فعالیت گشتاور باد بر مبنای اتصال و یا تیر ، وجود ندارد فرض کنید که قاب بندی در ارتباط با فعالیت بارهای بادی از سمت چپ به راست باشد که این در تصویر a4.8 نشان داده شده تیر در واقع در معرض گشتاورهای انتهایی می باشد و عملکرد آن در مسیر عقربه های ساعت است و با نموداری بدون بدنه مربوط به تیر ، تصویر b4.8 را نگاه کنید بادگیر یا خلاف جهت باد و یا عملکرد گشتاور انتهایی سمت چپ در یک مسیر مخالف برای گشتاور ثقل است در حالیکه در انتهای – سمت راست و یا در عملکرد گشتاور باد پناه همانند گشتاور ثقل می باشد گشتاور ثقل در انتهای سمت چپ کمک کننده است البته بوسیله عملکرد باد ، در حالیکه گشتاور ثقل انتهای سمت – راست ، گشتاور بادی را افزایش می دهد بدلیل گشتاور اضافی ، اتصال انتهای – سمت راست از نقطه اصلی  به  حرکت می کند البته در امتداد منحنی اتصال .

سپس گشتاور انتهای سمت چپ نیز رو به پایین حرکت می کند از  به نقطه  بدلیل کاهش در گشتاور ثقل گشتاور بادگیر یا خلاف جهت باد نمی تواند مجدداً در امتداد مسیر منحنی  اثر گذارد اما حرکت آن بر مبنای یک لاین یا خط موازی به سمت شیب مربوط به منحنی است بیاد داشته باشید که ویژگیها یا مشخصه ها ، برای نمودار تغییر شکل نسبی – استرس (تنش) از یک مواد مانند فولادی که در معرض بارگذاری معکوس است مشابه می باشد کاهش در گشتاور ، در امتداد یک لاین مستقیم رخ می دهد زیرا گشتاور کاملاً در این منطقه الاستیک است چرخش ها در انتهاهای تیر ، مشابه هستند تیر ، بوسیله میزان مشابهی می چرخد تا گشتاور بادی بطور کامل بین نقاط L,R توسعه یابد در تصویر 4.9. ملاحظه می کنید.

زمانیکه بار در حال انتقال است ما تصور می کنیم در این شرایط فعالیت قطع شده بر مبنای ساختار فقط بارها بروی تیر ، مشابه بارهای ثقل هستند برای شرایطی که ما آن را شروع و آغاز کردیم بجز زمانیکه گشتاور در انتهاها نمی تواند به  برگردد زیرا در خلال چرخه بارگذاری اتصال متحمل چرخش های غیر الاستیک می باشد اتصال انتهایی سمت چپ از  به  می رود و اتصال انتهایی سمت راست از  به  می رود هر دو اتصال به سمت یک لاین (خط ) موازی الاستیک ، برای شیب اولیه حرکت می کنند تعادل ایستا ، نیاز به گشتاور در هر انتها دارد تا مشابه شود در نتیجه ، گشتاور کمتر از  است .

در نظر بگیرید الان فعالیت یا عملکرد باد در مسیر راست به چپ است در تصویر a . 4.1 می بینید اتصال انتهای – چپ گشتاور اضافی را دریافت کرده و از  به  حرکت می کند بخشی از این چرخش غیر الاستیک و بخشی از آن الاستیک است در تصویر a. 4.9 مشاهده می کنید اتصال انتهای سمت راست تا حدودی گشتاور را مرور(مجسم ) می کند و به سمت پایین نقطه  حرکت می کند تصویر b. 4.9 . هر دو اتصال در سراسر زاویه مشابهی می چرخند تا گشتاور کامل توسعه یابد تصویر a4.9 و b ، حرکت را نشان می دهد زمانیکه باد قطع شده و فقط بارها ، بارهای ثقل هستند اتصالات از  به  و  به   حرکت می کند هر دو انتها ، گشتاور مشابه دارند جهت تعادل ایستایی مناسب . گشتاور ها ، با  و  منطبق هستند و به نظر می رسد که کمتر گشتاور ثقل در نقاط  دارند البته فقط تحت نظر بادهای ثقل.

این پدیده کاهش در گشتاور بدلیل چرخه بارگذاری است که می توان به آن Shakedown (آزمایش فنی نهایی ) نامید گشتاور ثقل در واقع Shakedown در نظر گرفته می شود از این نقطه اتصال ، کاملاً مانند اتصال الاستیکی است علیرغم مسیر باد ، ماکزیمم گشتاور بر مبنای اتصال است و نمی تواند هرگز متجاوز از نقاط  و  شود بطور مثال می توان گفت اتصال ، متحمل یک Shake down کامل است بعد از shake down ، ماکزیمم (حداکثر) گشتاور رخ می دهد در اتصال که بنظر کوچکتر از حرکت ثقل اصلی است یک خلاصه کوتاه مربوط به اتصالات در انتهای سمت راست و چپ در جدول 4.1 ارائه شده است .

یکی از نقاط ضعف یا ایراد برای قاب بندیهای نیمه سفت (محکم) کمبود اطلاعات قابل دسترسی کافی برای طراحان در مورد روابط چرخش – گشتاور است ویژگیهای چرخش – گشتاور از یک اتصال بستگی به پارامترهای فیزیکی بسیاری دارد مانند نوع اتصال ، سایز یا اندازه های زاویه ها انتهای صفحات ، بالا و پایین زاویه ها و گیج gauge(اشل اندازه گیری) برای مکانه چفت و بست – خلاصه اینکه ، یک رابطه دقیق می تواند فقط با راهنمایی و هدایت تجارب بدست آید هر چند ، Lothars(نام – لودرس) در مقاله خویش (طراحی پیشرفته در فولاد ساختاری) فرمول هایی را برای پارامتر Z ارائه کرد جهت توصیف روابط بین گشتاور و چرخش برای اتصالات . عامل یا فاکتور Z برای یک اتصال آنالوگی است برای عامل سفتی یا محکمی 4EIL که جهت چرخش در انتهای ؟ ، کاربرد دارد منطبق است شیب مربوط به رابطه چرخش – گشتاور ، یک روشی است که پارامتر Z را توصیف می کند اگر چه ، ویژگیهای چرخش – گشتاور برای بهترین نوع اتصالات بدون خطی یا طولی و برای طیف کامل الاستیک و دفرمه شدن غیر الاستیک هستند حرکت یا رفتار آنان در دامنه طراحی می تواند الاستیک در نظر گرفته شود تانژانت (مماس) اولیه و دو جانبه (متقابل) برای منحنی چرخشی – گشتاور می تواند دقیق باشد برای تعیین کردن مقدار Z.

بیانات یا اظهارات تئوری یا نظری ، بوسیله Lothers(لودرس) توصیف شده ، زمانیکه Z را پیدا کرد و با Rathbaris توافق کرد این مقدارها برای 4 نوع اتصال بطور تقریبی توصیف شده توسط Defalco (دی فالکو) و Marino(مارینو) که آنها جدولی را برای اتصالات با زاویه ضخیم و سایزهای متناسب ، ارائه دادند این اتصالات و مقدار آنان با  Z می باشد که مجدداً با کسب اجازه از مجله مهندسی AISC که در آوریل 1960 منتشر شد که انواع D,C,B,A در تصویر 4.11 و 4.14 نشان داده شدند نوع اتصال A ، شامل یک اتصال زاویه – دوبل است که در تصویر 4.11 ملاحظه می کنید در حالیکه نوع B در  تصویر 4.12 مشخص است شامل یک اتصال زاویه ای بریده شده (برش خورده ) می باشد نوع C ، در تصویر 4.13 است مشابه نوع B به استثنای اینکه قابلیت برش تیر را دارد که بوسیله چفت کردن دو زاویه برای شاه تیر ، تیر ، افزایش می یابد نوع اتصال D ، یک اتصال بنشی نشیمن است همراه با اتصال صفحه بالایی در تصویر 4.14 ملاحظه کنید مهمتر از همه ظرفیت گشتاور اصلی (نهایی ) است که سفتی یا محکمی اولیه مربوط به منحنی را دارد و بوسیله شیب منحنی   در مبدأ مشخص شده سفتی یا سختی چرخشی اتصال ، مانند Z انتخاب شده و یک مقدار صفر را برای یک اتصال سنجاق – انتهایی و نامحدود مربوط به تیر کاملاً ثابت شده ارائه می دهد تجزیه و تحلیل قاب بندیهای که با اتصالات نوع 2 بادی و نیمه سفت (نوع 3 ) ترکیب شده اند باید شامل چنین ملاحظاتی شوند:

1-   قابلیت شکل پذیری اتصالات

2-   ارزیابی ویژگیهای ارائه (یخرف drift) قاب بندیهایی که کمتر اتصالات کاملاً محکم دارند

3-   تأثیر محدودیتهای نسبی بر ستونها و قاب بندیهای پایدار و با ثبات.

طرح اصلی طراحی برای اتصالات بادی نوع 2:

1-   محاسبه کردن واکنش انتهایی مجاز بدلیل ثقل بارها

2-   تعیین کردن اندازه گشتاور باد برای پایداری در انتهای تیر . این محاسبه با تجزیه و تحلیل کردن الاستیک به دست می آید فرض کنید عملکرد قاب بندی سفت و محکم است .

3-   فرض کنید که نوع اتصال نیمه محکم بر مبنای این پروژه مورد استفاده قرار گرفته . این اتصال می تواند هر نوع اتصال استاندارد باشد مانند زاویه – دوبل ، زاویه – جداگانه (تک ) برش صفحه بار یک جداگانه ، زاویه نشیمن و بالا و یا اتصال صفحه هدر . حدسهای اولیه بر مبنای ابعاد مختلف و ضخامت مواد اتصال است .

4-   استفاده از این اطلاعات برای تعیین کردن ویژگیهای چرخش – گشتاور مربوط به اتصال برای تعیین کردن مقدار Z . بطور معمول داده ها یا اطلاعات قابل دسترس نمی توانند شامل انواع امکانپذیر یا تصور کردنی اتصالات باشند چیزهایی قابل دسترس هستند که طرحهای اتصال را برای خمیدگیهای  محدود کنند کد AISC اجازه می دهد هر اتصال استفاده شود بشرطی که وضعیت یا حرکت آنرا بتوان بوسیله تست ها و یا تجزیه و تحلیل منطقی نشان داد.

5-   عملکرد یا اقدام هر کاری بر مبنای فرضیه می گوید مقدار Z برای انتخاب اتصال قابل دسترسی است طرح خمیدگی چرخشی – گشتاور بر مبنای لاین (خط) تیر ست رابطه خط – مستقیم برای چرخش تیر و انتهای گشتاور براحتی بوسیله محاسبه کردن نقاط لاین تیر b,a بدست می آید و اینها با گشتاور انتهای یک تیر فیکس یا ثابت شده و چرخش یک تیر حمایت شده با بارهای عمودی ، منطبق هستند .

6-   چک و کنترل کنید اتصال را برای گشتاور باد ، بوسیله محاسبه کردن چفت و بست کردن کشش ، چفت و بست برش ، کشش در اتصال دهنده های زاویه و غیره

7-   اتصال را برای قابلیت شکل پذیری چک و کنترل کنید این مهم نیاز به کل مواد اتصال مانند چفت و بست (زبانه) جوشکاری و صفحات دارد که نمی توانند تحت تنش باشند.

8-   بنابراین در شروع و آغاز ، ما فرض می کنیم تجزیه و تحلیل باد را انجام داده و اتصالات کاملاً محکم هستند مراحل از 1 تا 7 و طرح محافظه کاری صورت گرفته اگر نیاز بود طرح اتصال می تواند با ترکیب شدن تأثیر اتصالات غیر سفت (محکم) در تجزیه و تحلیل باد ، تغییر یابد این کار می تواند با استفاده از کاهش خمیدگی سفتی برای تیر محاسبه شود برای کمتر از 100% . سفتی اتصال تکرار مراحل 2 تا 8 ، نتایجی را ارائه می دهد که تقارن آن راه حل بهینه است بنابراین اتصالات نیمه سفت کمتر قاب بندی محکمی را پدید می آورد تا اتصالات کاملاً محکم (سفت ) در اینجا ضروری است تا از یک شاه تیر (تیرمرکب) تغییر یافته استفاده شود که با عامل یا فاکتور Z ترکیب شده بدین صورت :

=سفتی یا سختی تغییر یافته تیر

I=گشتاور اینرسی مربوط به تیر

L= دهانه تیر

اگر چه ، استفاده از سفتی یا محکمی کاهش یافته تیر در تعیین کردن گشتاورهای باد اختیاری است اما مهم است که کاهش در سفتی برای تعیین کردن رانه (یخرفت drift) جانبی و تأثیرات P-D محاسبه شود.

4.2.5 تفسیر نتیجه گیری :

علیرغم گزارش های موفقیت آمیز در مورد ساختن بسیاری از ساختمانها با استفاده از اتصالات بادی نوع 2 ، هم آرایی کمی در این عقاید  و در مورد قابلیت اجرا برای ساختمانهای بلندتر از 5 طبقه وجود دارد مهندسان ، کسانیکه ساختمانها را بر اساس اتصالات بادی نوع 2 طراحی می کنند بطور اتوماتیک در موقعیت دفاعی قرار می گیرند و پارادوکس های (ضدیت ) را در مورد عملکرد پیوستگی مانند سفتی یا سختی برای بارگذاری باد و بارگذاری ثقل بیان می کنند یک کاربرد مستقیم مربوط به متد برای قاب بندی می تواند ناشی از ساختارهایی باشد که ستونهای آنان تنش یا استرس زیاد دارند و نوسانات خمیدگی ها در مقدار محاسبه شده افزایش می یابند شیوه های دیگر که در این زمینه در نظر گرفته می شود نرمی نسبی اتصالات توسط چندین کاوشگر مطرح شده اما کاربرد کلی آن در طراحی بکار گرفته نشده ، بنابراین در این جا هیچگونه بحثی در مورد آن نمی کنیم .

4.3 قاب بندیهای سفت و محکم

4.3.1 معرفی :

اتصالات سفت و سخت آنهایی هستند که بقدر کافی محکم می باشند و زوایا را بین اعضای اصلی و غیر قابل تغییر تحت نظر بارگذاری نگه می دارند یک قاب بندی که شامل اتصالاتی است که توصیف شده اند مانند یک قاب بندی سخت و یا قاب بندی مهار نشده . قاب بندیهای محکم ، پایدار که براحتی تغییر شکل نمی یابند البته در محل اتصال در محل تقاطع ستونها و شاه تیرها . بطور کلی ، قاب بندیهای محکم تشکیل شده از یک مستطیل سخت تیرهای افقی و ستونهای عمودی با سطوح مشابه که بطور محکم متصل شده اند احتمالاً قاب بندی در سطوح هموار داخلی دیوار ساختمان و یا در سطوح هموار نمای بیرونی ساختمان صورت می گیرد بدلیل پیوستگی اعضا در محل اتصال ، قاب بندی محکم  و سخت ، واکنش بارگذاری جانبی و اصلی بوسیله خمیدگی تیرها و ستونها می باشد که بصورت خلاصه در تصویر 4.15 ، مشخص شده است این ویژگی پیوسته قاب بندی سخت ، بستگی به پایداری چرخشی اتصالات عضوی دارد که هنوز مجوز اینکار داده نشده است .

4.3.2 ویژگیهای خمیدگی :

مؤلفه های (سازه ها) خمیدگی جانبی یک قاب بندی سخت ، می تواند بعنوان دو مؤلفه مشابه برای مؤلفه های خمیدگی یک تیر ، تیر سر آزاد (پیشامدگی) در نظر گرفته شود یک سازه یا مؤلفه می تواند شبیه خمش خمیدگی و دیگری خمیدگی برش تیر شود بطور طبیعی برای اعضای Prismatic(منشوری) زمانیکه نسبت دهانه به عمق است بزرگتر از 10 یا بیشتر ، خمش خمیدگی با مؤلفه غالب و مسلط صورت می گیرد خمیدگیهای برش ، یک بخش کوچک هستند که به خمیدگی کمک می کنند و بطور کلی در محاسبه خمیدگی تیرها و ستونهای متناسب طبیعی و نرمال ، نادیده گرفته می شوند از طرف دیگر ویژگیهای خمیدگی یک قاب بندی سخت ، برعکس هستند به آنالوگ مؤلفه یا سازه برای خمیدگی برش تیر ، توجهی نمی شود تصویر خمیدگی و مقدار آن مثلاً 80% مربوط به کل خمیدگی می باشد در حالیکه 20% باقیمانده مربوط به خمش (خم شدن ) مؤلفه است خمش و مؤلفه های برش خمیدگی ، معمولاً همانند خمش تیرآزاد و توری مشبک (racking) قاب بندی است و هر کدام با روش خمیدگی مجزا عمل می کنند.

سازه یا مؤلفه خمش تیر آزاد (پیشامدگی)

این پدیده همچنین به نام chord drift (وتر یا قوس رانه ) معروف است عملکرد بارگذاری بادی از طریق صورت یا نمای عمودی ساختمان ، موجب خمش کلی گشتاور بر هر بخش افقی ساختمان می شود این گشتاور که مقدار آن به حداکثر می رسد در پارچه و اساس ساختمان موجب می شود ستون بادپناه ساختمان بچرخد و آنرا لنگر واژگونی می نامند در این پایداری لنگر واژگونی ، قاب بندی همانند یک تیر سرآزاد عمودی است که به خمش و دفرمه شدن محوری ستونها ، واکنش نشان می دهد این لنگرواژگونی موجب تراکم در ستونهای جان پناه و کشش و یا بالا رفتن ستونهای بادگیر می شود ستونهای جان پناه ساختمانها بلند و نمای جان پناه ، کوتاه می شود تغییر طول ستون موجب چرخش ساختمان شده و اینکار از سازه یا مؤلفه وتر رانه ، ناشی می شود که مربوط به خمیدگی جانبی است این روش دفرمه شدن در حدود 90 تا 95% مربوط به خمیدگی کلی در یک تیر پیشامدگی متناسب می باشد در مواردی که قاب بندیها سخت و سفت هستند این پدیده در حدود 20% از رانه (یخرف drift) کلی ساختار محاسبه شده است .

مؤلفه یا سازه برش شبکه توری (racking) :

این پدیده آنالوگی است برای خمیدگی برش در یک تیر و موجب شده که قاب سفت یا محکم همراه با تیر و عناصر ستون خمیده شوند بار جانبی از طریق قاب بندی سخت ،موجب فعالیت برش عمودی و افقی بر ستونها و تیر می شود البته به ترتیب اول ستونها بعد تیرها . خمش ستونهای  انفرادی و تیرها ، از انحراف یا کج شکلی کامل قاب بندی حاصل می شود این روش دفرمه شدن برای 80% نوسان کامل ساختار محاسبه شده است در یک ساختمان با قاب بندی سخت و متناسب با فاصله بندی ستونها در حدود 35 تا 40 ft (m2/12 تا 6/10 ) و از 12 تا 13 طبقه با خمیدگی لیترها در حدود 50 تا 65% به نوسان کلی کمک می کنند چرخش ستون از طرف دیگر به 10 تا 20% خمیدگی کلی ، کمک می کند اینها بدلیل قاب بندی مهاربندی نشده است و نسبت سختی ستون به سختی تیر مرکب بسیار بالاست حاصل آن چرخش پیوستگی بزرگتر بوسیله تیرهای مرکب غیر سخت . بنابراین بطور کلی زمانیکه خمیدگی قاب بندی مهار نشده کاهش می یابد مطلوب است و در شروع سختی در تیرهای مرکب افزایش یا اضافه می گردد هر چند در قاب بندیهای غیر نمونه مانند آنهایی که در ساختارهای لوله ای قاب بندی شده رخ می دهند جاییکه از روش فاصله بندی ستون ارتفاع طبقه به طبقه استفاده می کنند ضروری است تا مطالعاتی بر تیر مرکب و سختی ستون صورت گیرد قبل از تنظیم یامیزان سازی مشخصه های عضو . برای یک قاب بندی سخت ، متناسب طبیعی ، باید میزان تقریبی آن در نظر گرفته شود خمیدگی جانبی کلی می تواند با سه عامل یا فاکتور ترکیب شود:

1-   خمیدگی بعلت دفرمه شدن محوری ستون (15 تا 20%)

2-   قاب بندی شبکه توری ، بعلت چرخش تیر (50 تا 60%)

3-   قاب بندی شبکه توری ، بعلت چرخش ستون (15 تا 20%)

علاوه بر عوامل بالا ، مؤلفه یا سازه چهارم نیز وجود دارد که به خمیدگی قاب بندی کمک می کند و علت آن دفرمه شدن محل اتصال است زیرا برشهای بلند می باشند در قاب بندی سخت ، سایزها یا اندازه های محل اتصال ، بطور نسبی کوچک هستند و با طول تیر و ستون مقایسه می شوند معمولاً تأثیر دفرمه شدن محل اتصال را نادیده می گیرند هر چند این به رانه (drift) ساختمان کمک می کند در ساختمانهای خیلی بلند که فاصله ستونها بهم نزدیک است و Spandrels(پشت بغل) عمیق ، می توانند مورد مطالعه قرار گیرند این تأثیر را دفرمه شدن ناحیه یا منطقه پنل می نامند که در فصل 11 در مورد آن بحث خواهیم کرد.

4.3.3 متدهای تجزیه و تحلیل :

بدلیل در دسترس بودن مقیاس بزرگ از کامپیوترها ، تجزیه و تحلیل ساختمانها با قاب بندی سخت ، حتی در مراحل مقدماتی طراحی را می توان انجام داد و از تأثیر مهم آن می توان در برنامه های تجزیه و تحلیل سختی ها ، استفاده کرد از محاسبات دستی ، کمتر استفاده می شود به استثنای مواردیکه اهداف بسیار مقدماتی باشند بدلیل ماهیت تقریبی تجزیه و تحلیل و زمان زیادی که باید صرف محاسبات دستی کرد در میان متدهای تقریبی شناخته شده و مهم تجزیه و تحیل متدهای تیر سر آزاد و اصلی مطمئناً مهمترین هستند که توسط برخی از مهندسان با محاسبه دقیق با استفاده از تجزیه و تحلیل نهایی ساختمانها با ارتفاع متوسط صورت گرفته است متد اصلی ، یک متد منطقی و معتبر است برای ساختمانهایی که کمتر از 25 طبقه هستند و متد تیر سرآزاد ، که فرض شده معتبر می باشد برای ساختمانی که 25 تا 30 طبقه دارند یک توصیف کوتاه از هر متد در فصل 10 ارائه شده است .

4.3.4 محاسبه رانه (یخرفت )drift:

محاسبه رانه بدلیل بارگذاری باد ، یک عنصر اصلی در تجزیه و تحلیل قاب بندیهای ساختمانهای بلند است اگر چه این محاسبه مناسب است جهت جابجایی جانبی و برای ترکیب دو مؤلفه مجزا ، حال مؤلفه تیر سرآزاد (پیشامدگی )باشد و یا مؤلفه توری مشبک که خمیدگی آن بستگی به عواملی نظیر نسبت ارتفاع به پهنای ساختمان و استحکام ستون برای اتصال تیر مرکب دارد مگر اینکه ساختمان خیلی بلند و یا خیلی ظریف (باریک) باشد معمولاً سازه یا مؤلفه توری مشبک ، مسلط بر تصویر خمیدگی است یک متد ساده برای تعیین کردن خمیدگی یک ساختمان بلند از رانه drift وتر است که تصور می شود عملکرد ساختار کامل همانند یک تیر عمودی برای بکارگیری تئوری تیر مقدماتی است : استرس یا تنش محوری در هر ستون ، با فاصله خویش از محور موازی قاب بندی متناسب است بنظر می رسد در این روش قاب بندی بطور نامحدودی سخت است با در نظر گرفتن برش طولی و در اینجا نیاز به تیرهای مرکب می باشد که بطور نامتناهی سخت هستند از اینرو ، تیرهای مرکبی که سخت و محکم نیستند تمایل به این روش دارند که خمیدگی را نادیده بگیرند بعلت خمش سرتیر آزاد . متدهای محاسبه بصورت محاسبه مؤلفه برش توری مشبک می باشد که در فصل 10 ارائه شده است .

4.4 قاب بندیهای مهار بندی شده :

معرفی

سیستمهای قاب بندی سخت و خالص برای ساختمانهایی که بیشتر از 30 طبقه دارند کافی نیستند زیرا سازه یا مؤلفه برش توری مشبک خمیدگی تولید شده توسط خمش ستونها و تیرهای مرکب صورت می گیرد که موجب شده رانه (drift) ساختمان بسیار بزرگ باشد همانگونه که قبلاً متذکر شدیم ضعف اصلی در اینجا انعطاف پذیری تیرهای مرکب است یک قاب بندی مهاربندی شده برای بهبود و پیشرفت راندمان عملکرد قاب بندی سخت و خالص توسط حذف کردن عوامل خمش ستون و تیر مرکب این مهم با افزودن اعضای خر پا (truss) مانند آنالوگ بین سیستم طبقه ای انجام می شود حالا برش ، توسط آنالوگ ها جذب شده البته نه ، توسط تیرهای مرکب . آنالوگ ها مستقیماً نیروهای جانبی را در عملکرد محوری بطور عالی انتقال می دهند و با اینکار حرکت یا وضعیت توری مشبک را بهبود می بخشند همه اعضا فقط برای بارهای محوری در اینجا بکار گرفته شدند بنابراین ایجاد یک سیستم ساختاری کافی بنظر می رسد .

4.4.2 انواع مهاربندی :

هر شکل بندی منطقی مهاربندی ، می تواند استفاده شود برای سیستمهای مهاربندی .

انواع مهاربندی برای ترکیب کردن بصورت  دامنه تغییرات سیستم ساختاری از یک هم مرکز ساده k و یا مهاربندی X بین دو ستون ، قابل دسترس است همراه با مهاربندی و مهاربندی هم مرکز با هندسه پیچیده مورد نیاز و راه حل های کامپیوتر . تصویر 4.16 ، یک عکس را نشان می دهد از مهاربندی وارونه k همراه با اتصالات زاویه – دوبل . در یک سیستم مهاربندی هم مرکز ، اتصال مربوط به مهاربندی قیاسی ، آگاهانه صورت می گیرد ایجاد توازن اتصال بین تیر و ستون عمودی . این سیستم ، اگر چه این طور تصور می شود که قابلیت شکل پذیری دارد و در مناطق وابسته به زمین لرزه کاربرد دارد می تواند در مناطق غیر زلزله نیز بکار گرفته شود با نگهداری اتصالات تیر به مهاربندی ، نزدیک به ستونها و سختی این سیستم می تواند مهاربندی هم مرکز بسیار نزدیکی صورت گیرد با تغییر دادن نقطه کار از خط مرکز ستون برای نما یا صورت ستون ، جزئیات اتصال ، می تواند ساده تر ساخته شود اقتصاد این سیستم در کاربرد سیستمهای موقتی مهاربندی بهبود می یابد با ترکیب ساخت بلندی در مورد کاربرد طراحی سیستمهای مهاربندی هم مرکز قبلاً در فصل های گذشته بحث کردیم در اینجا فقط در مورد سیستمهای مهاربندی هم مرکز صحبت خواهیم کرد انتخاب اینوع مهاربندی ، یک عملکرد مورد نیاز برای سختی یا سفتی است اما اغلب آن بر سایز دیوار اپن (باز) تأثیر می گذارد بدلیل نیازهای معماری ، برخی اوقات فقط محفظه یا آسانسور و شافت (محور) پله ، مهاربندی می شوند گاهی اوقات نیز ،امکان مهاربندی برخی بخش های ساختمان است بدون توافق معماری و البته این موارد بسیار نادر است یک سیستم سه بعدی خیلی کارآمد که معمول است به نام سیستم لوله ای مهاربندی شده می باشد که از مهاربندی در بر گرفتن پیرامون ساختمان حاصل می شود بعد در مورد این سیستم در بخش 4.8 بحث خواهیم کرد.

انواع معمولی مهاربندی داخلی بکار گرفته شده در ساخت های بلند ، در تصویر a4.17 تا n ، آنرا مشاهده کنید تصویر e4.17 تا n ، مهاربندی محفظه جداگانه در ساختمانهای یک طبقه افزایش یافته . تصویر a4.17 ، مهاربندی قطری را در دو طبقه نشان می دهد تصویر b4.17 و C یک قاب بندی مهار بندی شده k را مشخص کرده در حالیکه تصویر d4.17 مهاربندی را برای قاب بندی سه طبقه نشان می دهد هر الگوی منطقی مهاربندی با محوطه مهاربندی جداگانه یا مختلف را می توان طراحی کرد برش در هر طبقه پایداری را بهبود می بخشد و خمیدگی مناسب باید محاسبه شود یافته ها ، سیستم کارآمد و اقتصادی مهاربندی را برای یک ساختمان ارائه کرده اند مهندسی ساختار با یک فرصت عالی که از مفاهیم ذهنی و ابتکاری طراحی استفاده کرده است هر چند قابلیت دسترسی عمق مناسب برای مهاربندی خرپاها truss اغلب مهم است و باید در نظر گرفته شود این یک راهنمایی مقدماتی است یک نسبت طول به پهنا از 8 به 10 در نظر گرفته شود که برای یک سیستم مهاربندی کارآمد منطقی است فضای یافته ها برای چنین مهاربندی پهنای بهینه ، بدون از هم گسیختن برنامه ریزی معماری همیشه امکانپذیر نیست.

4.5 سیستم خرپا (تقویتی ) شطرنجی :

4.5.1 معرفی :

اغلب ساختارهای انواع مسکونی بلند مانند آپارتمانها و هتل ها معمولاً در مجاورت 60 تا 150 ft تا ft200 بلندی هستند بطور طبیعی طرح طبقات آنان بصورت کریدورهای بارگذاری دوبل در حدود 6 تا 8 ft است البته در پهنا ، یک بررسی انجام گرفته در انسیتوی ماساچوست تکنولوژی در نیمه دهه 1960 تحت حمایت اتحادیه فولاد U.S صورت گرفته بود برای هدف توسعه دادن یک سیستم قاب بندی اقتصادی برای ساختارهای باریک و بلند . سیستم خرپا (تقویتی) شطرنجی شامل پژوهش های بعمل آمده است که توسط اداره و سازمان معماری و مهندسی در MIT صورت گرفته . نتیجه آن یک سیستم است برای ساختارهای بلند که اقتصادی و کارآمد است و از فولاد ساختاری و ترکیب شده با بازدهی و انعطاف پذیری واجد طرح اولیه ، ساخته شده است پهنای برج باریک ، مجاز است که از خرپا یا (تقویتی) برای طبقات بلند استفاده می کند و بطور اقتصادی در مسیر تراگذار (نوسنجی ) بین ستونها در بخش بیرونی ساختمان به صرفه است انعطاف پذیری مورد نیاز در واحد طرح اولیه با تنظیم کردن خرپاها در یک طرح شطرنجی در طبقات متناوب ، بطور خلاصه در تصویر 4.18 ، مشخص شده است عملکرد سیستم طبقه ای همانند دیافراگم بارهای جانبی را انتقال می دهد در مسیر کوتاه برای خرپا(تقویتی ) بارهای جانبی با قطرهای خرپا ، پایدار و تقویت می شوند و بصورت مستقیم بارها را در ستونها ، انتقال می دهند بنابراین ستونها ، هیچگونه خمش گشتاور را دریافت نمی کنند.

قطرهای خرپا ،در مکان کریدور حذف می شوند پس قطر حذف شده و برش توسط عملکرد برش بالاو پایین اعضای شطرنجی انتقال می یابند مشابه مدخل های (شکافها) که می توانند بهبود یابند در خرپا و مدخل های اضافی را در ساختارها مجاز می کند زمانیکه نیاز به طرح اولیه معماری است از این سیستم در ابتدا ، برای یک پروژه خانه سازی درست . پل ، مینه سوتا(st.paul,mineoota) در 1967 ، استفاده شده بود پس یک تعداد ساختمان های بلند ، باریک ، دراز برای خانه های آپارتمانی ، هتل ها و برخی موارد ساختمانهای اداری نیز از این سیستم استفاده کردند برای پایداری خرپای شطرنجی و بارهای جانبی در مسیر استرس ها (تنش ها) این سیستم کاملاً محکم است بطور کلی به هیچگونه موادی برای اضافه کردن و کنترل کردن رانه (drift) نیازی نیست و فولادهایی با پایداری بالا براحتی در سراسر قاب بندی کامل ، استفاده می شوند این سیستم برای ساختمانهای 35 تا 40 طبقه استفاده شده . فاصله ها باید به حد کافی بلند باشند و خرپاها کارآمد هستند با ft45 .

در یک هتل و یا ساختمان مسکونی ،سیستم خرپای شطرنجی بطور طبیعی نیاز به فولاد را کاهش می یابد که با 30 تا 40% برای یک قاب بندی متصل – گشتاور متداول صورت گیرد پس خرپاها ، فقط توسط ستونهای پیرامون حمایت می شوند و نیاز به ستونهای داخلی است در اینجا فونداسیون حذف می شود و این به صرفه و اقتصادی است یک مزیت دیگر این سیستم این است که فضاهای آزاد ستونهای داخلی با سطوح کمتر صورت می گیرند مهمترین مورد اقتصادی استفاده از خرپاهای شطرنجی است که با قرار گرفتن خرپاها بین یونیت ها( واحدها) بدست می آید پس در یک هتل طبیعی و یا خانه سازی این واحدها ، بطور یکسان فاصله بندی شده اند در سراسر طول ساختمان این امکانپذیر است که این واحدها از طریق خرپاها و با بهبود بخشیدن مدخل های اضافی ، گسترش یابند هرچند تفاوت در فاصله بندی می تواند با با یک تنوع از سایزهای واحد ، ایجاد شود و می تواند توسط خرپاها ایجاد شود بنابراین یک آپارتمان یک دو و یا سه خوابه را می توان بر مبنای یک طبقه جداگانه تنظیم و آراست با این تفاوت که فاصله بندی ستون ها را در نظر گرفت سیستم برای طرحهای مستطیلی محدودیت ندارد این کارآیی در طرحهای تیر سر آزاد در ترکیب مستطیلی متوازن استفاده می شود تصویر 4.19 ، طرح اولیه خرپای شطرنجی را برای ساختمان های بشکل نیمدایره نشان می دهد.

4.5.2

جهت درک وضعیت یک سیستم خرپای شطرنجی این کمک کننده است تا اثر متقابل سه بعدی را بین سیستمهای مهاربندی عمودی یک ساختمان و در سراسر بهم پیوستن سیستم طبقه ای در نظر بگیریم وضعیت سیستم خرپای شطرنجی شبیه سیستم ساختاری نیست که در آن مهاربندی عمودی به مکان دیگر ، منتقل می شود برای به تصویر کشیدن این اهداف ، یک طرح بلند را در نظر بگیرید که در عکس a20-4 نشان داده شده است فرض کنید که برای دلائل معماری ، نیاز به حذف مهاربندی در خطوط ستون A و زیر سطح 2 پایین B است اگر هیچ مهاربندی در سطح پایین 2 صورت نگیرد ستونها در انتهای مهاربندی باید پایدار باشند هم در لنگر واژگونی و هم در نیروهای برش زیر سطح پایین 2.

لنگر واژگونی بطور واضحی فشرده و نیروهای قابل انبساط را در ستونها آشکار می کند در حالیکه نیروهای برشی خمش گشتاور در ستونها ، ناشی می شود تا در سیستم ساختاری کارآمد . فرض کنید که بطور معماری مجاز است که یک مهاربندی را در مرکز ساختمان معرفی کنیم تصویر 4.19 را مشاهده کنید.

پایداری بارهای جانبی مانند یک دیافراگم برش و یک مسیر مداوم برای انتقال بارگذاری جانبی از پایین وتر یک خرپا(تقویت کردن ) به بالای وتر تنظیم می شود علاوه بر این ، این تجهیزات ساختاری ، سیستم طبقه ای باید انعطاف پذیر باشد برای سایز آپارتمان و مکان آن ، همچنین باید مهاربندی موقتی در خلال نصب فولاد ، صورت گیرد بنابراین ، می توان از الوارهای بتن پیش ساخته ، دک های (deck) فولادی مرکب با فضای زیاد ، سیستم تیرچه – شاه تیر اپن و یا هر سیستم دیگری که شامل تجهیزات معماری و ساختاری ، استفاده کرد الوارهای پیش ساخته و دک های فولادی ته سطح ، اغلب بعنوان سقف آشکار شده مورد استفاده قرار می گیرند برای فواصل ft 30 ، الوارهای in-8 مورد نیاز است در یک سیستم مرکب دک فولادی ، یک دک 7 ½ in برای فواصل ft30 و برای فواصل ft24 ، دک فولادی عمیق 6-in کافیست زمانیکه الوارهای پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرند انتقال برش با استفاده از صفحات جوش داده شده در الوارها بوجود می آید و یا توسط جوشکاری اتصالات برش بروی وتر خرپا ، در مواردیکه سیستم دک فلزی است بطور کلی انتقال برش کافی می باشد و توسط اتصال دک فولادی برای خرپا بدست می آید الوارهای استفاده شده برای نصب باید صفحات اتصال آن ها جوش داده شود حتی زمانیکه برای اتصال دهنده های برش آماده شده اند انتخاب سیستم طبقه ای بستگی به مکان جغرافیایی دارد و همینطور مکان بومی یا محلی در مناطق زلزله خیز طبقه سبک تر موجب می شود نیروهای زلزله ، کمتر تولید شوند در آب و هوای سرد ، دوغاب ریزی بین الوارهای پیش ساخته در فصل زمستان افزایش می یابد و این کار جهت گرمای ساختن ضروری است امکان دارد سیستم طبقه ای شامل یک سری از فضاهای مداوم و یا ساده وتر مربوط به خرپا باشد بدلیل فاصله بندی بزرگ بین خرپاها ، فاصله مدام معمولاً حذف می شود حداکثر در دو محوطه (محفظه ) بطور کلی انتهای هر فاصله از طریق وتر پایین تر حمایت می شود در حالیکه انتهای دیگر که ساخت مدام دارد بطور ساده در سراسر دال (صفحه بتنی ) طبقه یا کف و بالای وتر مربوط به خرپا ایجاد می شود بنابراین خرپاها در طبقات متناوب شطرنجی هستند و بار جانبی بر هر خرپا مشابه و همسان است برای فعالیت یا عملکرد بارگذاری باد بر دو محفظه . از اینرو پنل های طبقه بر هر سمت خرپا ، باید به نیمی از بارها ، انتقال یابد جهت تنظیم ومیزان کردن خرپا در طبقات زیرین . فعالیت سیستم طبقه ای مانند یک تیر عمیق ، موجب پایداری برش های غیر مسطح و خمش گشتاور می شود پیش بینی لازم را باید ؟ برای انتقال برش طولی بین هر فاصله ، بنابراین عملکرد همه سیستم های طبقه ها باید بعنوان یک واحد جداگانه ، در نظر گرفته شود اگر چه هر سیستم طبقه ، ظرفیت انتقال ثقل بارها و برش دیافراگم را دارد ، ولی می توان از سیستمهای خرپای شطرنجی نیز استفاده کرد که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است همچنین می توان از الوارهای بتنی پیش ساخته و یا دک های فلزی مرکب فاصله دار استفاده کرد طراحی مؤلفه ها یا سازه های طبقه ای برای ثقل بارهای یکسان می باشد خصوصاً در ساختمان های بلند اگر چه توسعه و رشد بطور پیوسته در حمایت از اتصالات برای وتر خرپا ، صورت می گیرد وضعیت ساده فاصله را نیز باید در نظر گرفت زیرا سیستم خرپای شطرنجی بستگی به عملکرد دیافراگم دارد که مربوط به کف است جهت انتقال بارهای جانبی از یک خرپا به دیگری فرض می شود کف برای وترها و پایداری برش های غیر مسطح و گشتاورها ایجاد شده خمش می تواند با دال (صفحه بتنی ) کف یا طبقه و همینطور توسط عملکرد پیوند لوله ، در دیوارهای بیرونی ، پایدار شود سیستم کف یا طبقه دو محوطه تنظیم شده یک تیر مداوم یا پیوسته برای نیروهای غیرمسطح در نظر می گیرد پس هیچگونه معیار یا ملاکی برای استفاده کلی منتشر نشده ، برای هر پروژه ویژه که قابل دسترس است اما با بررسی وضعیت یا رفتار دیافراگم تا حدودی می توان وارد جزئیات بیشتر شد و شیوه های طراحی مدرن را بکار گرفت .

ستون ها :

در سیستم خرپای شطرنجی بارهای بادی جانبی ، توسط کف یا طبقه ، خارج از سیستم هستند ولی فعالیتهای دیافراگم و قطرهای خرپا را با مهاربندی عمودی هدایت می کنند بنابراین ، بارهای جانبی بصورت مستقیم در ستونها هدایت می شوند هیچگونه برشی در ستونها برای ایجاد خمش در مسیر انتقال ساختمان وجود ندارد پس ستونها می توانند همانند اعضای مهاربندی شده برای پایداری محور فرعی bucking (کمانش) طراحی شوند و مسیر قوی ستونها می توانند برای پایداری بارهای جانبی در مسیر طولی ، مورد استفاده قرا رگیرند برای جنبه دیگر طراحی ستون در سیستمهای خرپای شطرنجی باید تأثیر خمیدگی خر پا را در نظر گرفت چون موجب ازدیاد گشتاور خمش محور می شود تراکم و یا فشردگی محور مربوط به بالای وتر و قابلیت طویل شدن وتر زیرین خمش را در ستون معرفی می کند این مشکل را می توان با معرفی کردن یک محفظه درخرپا توسط ساختن خوب  وتر زیرین خرپا که کوچکتر از وتر بالایی باشد حل کرد و یا اینکه اتصال بین وتر زیرین و ستون می تواند برای شیب تحت شرایط های بار مرده طراحی کرد در اینجا از پیچ یا زبانه طوقه دار بعد از بارهای مرده بکار گرفته می شود جهت خرپایی که گشتاور خمش آن در ستونها محدود خواهد شد راه دیگر ، این است که اتصال وتر زیرین می تواند در اینجا بطور رها شده باقی بماند (قطع شود) و همینطور با افزایش دادن کارآمدی طول ستون در محور ضعیف در دو طبقه بین وترهای بالایی مربوط به خرپاها در دو سطح . اگر هیچیک از دو شیوه بالا کاربرد نداشت این گشتاورها باید برای طراحی در ستونها آماده و فراهم شوند.

خرپاها (تقویت کننده ها) :

طراحی سیستم خرپای شطرنجی یک سیستم کاملاً متداول است شرایط های بارگذاری و متدهای طراحی در اصول سیستم های دیگر قاب بندی مشابه یکدیگرند فقط فضای یا فاصله سیستم کف(طبقه ) از وتر زیرین یک خرپا برای وتر بالایی بعدی ، از مناطق یا ناحیه بزرگ کف که توسط هر خرپا حمایت شده ناشی می شود و اینها مجازند حداکثر بار زنده را کاهش دهند در مسیر انتقال بارهای جانبی انتقال صورت گرفته از وتر زیرین خرپا برای وتر بالایی با تنظیم و میزان کردن خرپا در سراسر عملکرد دیافراگم کف (طبقه ) و از طریق قطرهای خرپا برای وتر زیرین انجام می گیرد ترتیب رویدادهای آغاز شده با انتقال کامل بارهای جانبی صورت می گیرد این انتقال از طریق سیستم کف (طبقه ) با عملکرد دیافراگم و خرپا توسط استرس های مستقیم انجام می گیرند فقط خمش اضافی در وترهای خرپا و در کریدور اپن (باز) رخ می دهد و یا در مکانی دیگر جاییکه قطرها ، حذف شده اند نسبت فاصله به عمق خرپا معمولاً در محدوده 6:1 است که عمق کافی برای طراحی کارآمد وترهای زیرین و بالایی ارائه شده است معمولاً پهنای پنل خرپا ، ملاک کنترل کردن نیست طول های بزرگتر پنل کمتر از اعضای جان تیر می باشند و اینکار موجب کاهش هزینه ساخت می شود و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است .

برای ماکزیمم کارآمدی و بازده مناسب هر سیستم ساختاری دیگر قابل ترجیح است جهت نگهداری و حفظ یک فاصله بندی یکسان برای خرپاها این کار موجب کاهش هزینه ساخت می شود.

هر چند زمانیکه نیاز به راهنمایی و هدایت معماری باشد امکان این کار وجود دارد که ستون و فاصله بندی خرپا ، با یکدیگر تفاوت داشته باشند طراحی خرپا یا تقویت کننده بر مبنای پیوستگی وتر واعضای متصل بهم استوار است و ترجیح داده می شود تا از کامپیوتر برای تجزیه و تحلیل استفاده شود بطور کلی شکل های W و یا S برای اعضای وتر انتخاب شده اند پس زاویه ها ، برای پایداری خمش دوم کارآمد نیستند همچنین زمانیکه الوارها ، از بال (تیر آهن) پهن استفاده می کنند مهاربندی خوبی در این نواحی صورت می گیرد بنابراین ، سیستم خرپای شطرنجی موجب پایداری بارها می شود بوسیله استرس های (تنش های ) مستقیم بطور کلی خمیدگیها ،مشکل زا نیستند بنابراین فولادهایی که استحکام بالایی دارند می توانند از نظر اقتصادی بکار گرفته شوند خرپا بعنوان یک عضو حمایت می شود در محیط بسیار بزرگ و زمانیکه بارهای زنده کاهش یافته مورد استفاده قرار می گیرند ماکزیمم کاهش بار زنده مجاز خواهد بود اگر هر عضو وتر ، برای حمایت یکسان ناحیه در نظر گرفته شود فاصله بندی محوطه برابر طول پنل خر پا خواهد بود و باید از روی احتیاط ، پایه طرح گشتاور وتر از طریق بار زنده کاهش یابد و بر مبنای ناحیه ریزابه کوچکتر باشد ساده ترین متد پشته سازی خرپا است که یک شکل بندی می باشد که به آن الگو یا مدل چکربورد ( صفحه کنترل کننده مجازی) می گویند هر چند در اینجا تنوع بیشتری از فاصله ها بدست می آید البته با استفاده از طرح های اولیه مختلف بر اساس سطوح متناوب .

بطور طولی نیروهای باد در یک ساختار خرپای شطرنجی می تواند با سیستم مهاربندی متداول پایدار شود مانند قاب بندیهای مهاربندی شده و دیوارهای برشی هسته . هر چند بسیاری از پروژه ها ، با قاب بندیهای سخت با دو نمای مجازی صورت می گیرد زیرا (1) ستونهای اصلی با شاه تیرهای موازی برای Spandrel ها ، جهت دار شده اند و (2) یک تعداد بزرگی از ستونها ، بطور کلی قابل دسترس هستند جهت شرکت در قاب بندی گشتاور در برخی موارد ، تیرهای لب بند (پیشرو) پیش ساخته عمیق برای دلائل معماری استفاده می شود که می تواند مستقیماً به ستونها پیچ شود همانند ساختار محیطی سخت ، در مسیر انتقال در ته و سقف کف ها بطور طبیعی انتقال ریتم خرپای شطرنجی برای ارتفاع کامل ساختمان میسر نمی باشد در سطح زیرین بارهای جانبی ، احتمالاً نیاز به انتقال جهت فونداسیون توسط مهاربندی قطری است اینها بطور خلاصه در تصویر 4.19b و C با در نظر گرفتن طرح اولیه منحنی شکل یک سیستم خرپای شطرنجی در تصویر 4.19a مشخص شده اند.

4.6 سیستمهای مهاربندی خارج از مرکز:

4.6.1 معرفی :

قاب بندی های مهاربندی شده هم مرکز ، عالی هستند بدلیل استحکام و سختی ، بنابراین بطور وسیعی هم خودشان و هم در پیوستگی یا اتصال با قاب بندیهای گشتاور مورد استفاده قرار می گیرند زمانیکه بارهای جانبی موجب عملکرد یا فعالیت باد می شوند هر چند آنها زمانیکه به تنهایی مورد استفاده قرار می گیرند در مناطق متزلزل(زلزله خیز) پرسش برانگیز هستند و این بدلیل وضعیت یا رفتار ضعیف غیر الاستیک آن است قاب بندیهای پایدارش گشتاور بطور قابل توجهی موجب اسراف انرژی می شوند اما بطور نسبی قابل انعطاف هستند البته زمانیکه سایز و استحکام آنها را در نظر بگیریم مهاربندی خارج از مرکزیک سیستم منحصر بفرد ساختاری است که سعی می شود سختی و استحکام آن با یک قاب بندی مهار شده و همراه با وضعیت غیر الاستیک ترکیب شود و مشخصه اسراف انرژی را نیز باید در نظر داشت این سیستم را مهاربندی خارج از مرکز می نامند زیرا بطور برجسته ای از مرکز خارج شده اند و در بین تیر به ستون و تیر به اتصالات مهاربندی بکار گرفته می شوند و همینطور به بازدهی نیروی برش عنصر تیر خارج از مرکز تأثیر می گذارند عنصر تیر خارج از مرکز می تواند برای یک fuse(فیوز) پیوند یافته که نیروهای بزرگ محدود شده اند از داخل شدن و موجب شدن کمانش مهاربندی سیستم مهاربندی خارج از مرکز در ابتدا توسط پروفسور ادگار ، پی ، پوپوف و همکارانش در اداره مهندسی کشور در دانشگاه کالیفرنیای در برکلی ابداع شد این سیستم منحصربفرد سعی کرده است تا مزیت های مهاربندی و قاب بندی های گشتاور را در سیستم ساختاری جداگانه ترکیب کند ویژگی های این سیستم این است که اتصال مهاربندی قطری برای تیر افقی عمداً حذف شده از اتصال بین تیر و ستون عمودی این خارج از مرکزیت شکل یا آرایش مفصل (لولا) جذب انرژی را در بخش تیر بین دو اتصال ، توسعه می دهد این عملکردهای عنصر مانند فیوز با متحمل شدن مارپیچی(پیچاپیچ ) و بازدهی برش ؟ برای شکل دادن هر مفصل پلاستیکی اضافی در قطعات خمش آرایش داده می شود قبل از کمانش هر قطعه فشرده شده بنابراین سیستم بصورت باثبات و پایدار نگهداری می شود حتی تحت نظر دفرمه شدن غیرالاستیک بزرگ در خلال سختی مورد نیاز ، با دو یا زلزله فرعی نگهداری می شود و تحت این بارها شکل گرفته می شوند و همه رفتارها (وضعیت ها) الاستیک هستند اگر چه دفرمه شدن بزرگتر از قاب بندی مهاربندی شده است بدلیل خمش و دفرمه شدن برش مربوط به fuse(فیوز) که به خمیدگی کمک می کند البته این خمیدگی بدلیل طول کوتاه فیوز زیاد چشمگیر نیست بنابراین سختی الاستیک قاب بندی مهاربندی شده بطور خروج از مرکز می تواند مشابه قاب بندی مهاربندی شده مرکزی برای همه اهداف عملی باشد .

4.6.2 قابلیت شکل پذیری :

رفتار یا وضعیت قابلیت شکل پذیری بسیار معطوف است زمانی که ساختار جذب انرژی نامیده می شود ظرفیت بزرگ فولاد برای دفرمه شدن بدون اینکه شکستگی (ترک) با استحکام بالای آن ترکیب شود و این یک مواد ایده آل برای ساختارهای متزلزل است بعد از اینکه باز به ماکزیمم حد خود می رسد مقاومت مواد همچنین ادامه داد و دفرمه شدن بزرگی همراه با شکستگی متحمل می شود این ظرفیت را می توان با مواد واقعی و تحمل بار ، افزایش داد بدون اینکه متحمل شکستگی شود پس به ویژگی و ماهیت قابلیت شکل پذیری فولاد توجه کنید یک مواد شکننده و ترد از طرف دیگر تحمل و ظرفیت دفرمه شدن بزرگ را در آغاز و شروع بازدهی ندارد و شکستگی را به نمایش می گذارد و بار به نقطه ماکزیمم می رسد دفرمه بزرگ به وضعیت شکل پذیری کمک می کند و البته در طراحی پایداری – زلزله ، بسیار مطلوب می باشد جایی که ساختار باید قادر به جذب انرژی باشد بنابراین فولاد برای سیستم های مهاربندی خارج از مرکز بسیار مناسب است

4.6.3 رفتار یا وضعیت قاب بندی :

قاب بندی مهاربندی شده بطور خارج از مرکز می تواند شکل بندی شود در فرم ها یا شکل های مختلف جغرافیایی بشرطی که مهاربندی برای کمترین تیر رابط هدایت شود و می توان دفرمه بزرگ را تجربه کرد اصول اساسی این سیستم مانع از کمانش مهاربندی از اضافه بار بزرگ می شود مانند زمانی که زلزله ای مهم در این خلال رخ می دهد این سیستم با فداکاری رابط به دست می آید ساختن دفرمه آن بطور پلاستیکی در برش امکان محاسبه بار بطور تئوری نیز امکانپذیر است و می توان آن را بطور پلاستیکی با رابط القا کرد بنابراین باید بار محوری را برای مهاربندی بررسی دقیق کرد یک طراح مناسب از قاب بندی مهار شده بطور خارج ازمرکز مهم است برای پایداری با دو بارهای متوسط زلزله ای و همینطور قابلیت شکل پذیری در اضافه باری که در خلال حرکت های زلزله قوی رخ می دهد رابط قادر است قاب بندی را برای مقدارهای زیاد انرژی و همینطور پراکندگی آن جذب کند برای درک و استنباط وضعیت یک رابط باید مهاربندی مشخص شده در تصویر 4.23 را در ارتباط با واژگونی بارهای افقی بدلیل زلزله سخت در نظر بگیرید توجه داشته باشید که اتصالات بین ستون و تیرهای اتصال – گشتاوری است که از عملکرد مهاربندی بدست آمده است نیرویی که در مهاربندی برای تیر بعنوان نیروی افقی منتقل شده استرس های (تنش های) محوری را القا می کند و همینطور نیروی عمودی استرس های برش را در جان تیر ، تیر منتقل می کند اما نگرانی مورد نظر در ارتباط با طراحی رابط نیروهای برش چرخه ای هستند که در تیر القا شده اند فرض کنید که نیروی اتصالات گشتاور آن برای ستون ها ، دارای ظرفیت زیاد خمش است این مکانیزم با بازدهی برش مربوط به جان تیر ، تیر شکست می خورد.

اتصال رابط برای مهاربندی باید برای توسعه دادن ظرفیت برش پلاستیکی تیر طراحی شود بدون القا دادن کمانش جان تیر . این عمل با بهبود بخشیدن سختی یا محکمی کافی در تیر رابط برای نمایش پدیده کمانش جان تیر حاصل می شود تجارب بدست آمده در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی ، نشان داده است رابط های برش بدون سود یا منافع سختی جان تیر نمی تواند ظرفیت نگهداری بارگذاری چرخه ای را داشته باشد و اینکه ظرفیت حمل و نقل – بار بطور چشمگیری رو به زوال است و این بدلیل کمانش جانبی جان تیر می باشد همچنین تجارب به عمل آمده نشان می دهد که سختی و محکمی از یک سمت جان تیر جهت به نمایش گذاشتن کمانش جان تیرکافی است اگر چه سختی ها یا استحکام تثبیت شده اما نیازی به توجه برش جان تیر نیست و این عمل خوب برای تثبیت سختی بین بار (تیرآهن )بالا و پایین تیر است که کمانش پیچشی جانبی تیر را نشان می دهد

4.6.4 مشخصه های ضروری رابط

آیا یک تیر می تواند مفصل های لولاها گشتارو پلاستیک را در انتها گسترش دهد و یا اینکه مفصل بازده برش در اتصال آن برای مهاربندی یک عملکرد طولی رابط است ساختن رابط با طول های خیلی کوتاه یک شکل پذیری غیر ضروری را برای رابط ها تحمیل می کند رابط هایی که طولانی تر از دو عمق تیر هستند تمایل به توسعه مفصل پلاستیکی در انتها می باشند پس طول رابط افزایش می یابد و رفتار یا وضعیت آن تغییر می یابد جایی که یک لولا یا مفصل برش پلاستیکی برای یکی از مفصل های گشتاور نیز تغییر می یابد زمانی این سیستم خراب می شود (دچار ضعف ) که رابط بتواند هم کوتاه شدن و هم بلند شدن را تعیین کند تجربه ثابت کرده رابط کوتاه یک چرخش متوسط دارد در حالی که رابط بلند بطور نسبی چرخش بزرگتر دارد البته هیچگونه قانون نوشته ای طول رابط ها را تعیین نمی کند زمانی که رابط کوچک است مکانیزم شکست می خورد و این شکست مربوط به قرار گرفتن تیر در فرم یا شکل مفصل برش پلاستیکی است ساختاری که نسبتاً سخت است و خمیدگیهای الاستیک تمایل به روش قاب بندی مهارشده بصورت متحمدالمرکز دارند یک رابط بزرگ از طرف دیگر مفصل های پلاستیکی آشنا را در انتهای رابط افزایش می دهد دفرمه شدن رابط بطور قابل ملاحظه ای به خمیدگی قاب بندی اضافه می شود و در نتیجه قاب بندی انعطاف پذیر می شود در موارد دیگر چه رابط بزرگ و چه کوچک باشد ضروری است که رابط از قابلیت شکل پذیری برخوردار شود جان تیر سخت و محکم نیاز به کاهش طول می کند البته به تدریج . رابط طراحی شده مانند برش و یا رابط گشتاور هنوز برای مهاربندی بار (تیرآهن) تیر در ستونها ضروری است جهت مانع شدن کمانش چرخشی جانبی نیروهای محوری در رابط باید همانطور که در طراحی صورت گرفته گسترش می یابند ساختن رابط ها تجربه خوبی است به شرطی که بدون کاهش یافتن ویژگیهای خمیدگی الاستیک باشد یک طول در حدود دو برابر عمق تیر و یا پنج برابر پهنای بار (تیرآهن) تیر معمولاً در حد مطلوب در نظر گرفته می شود در رابط هایی که طول متوسط بین 2 یا 4 برابرعمق تیر دارند نیاز مشابه به مفصل گسترش یافته – برش – پلاستیکی دارند که می توان مورد استفاده قرار داد برای اینکه گشتاور پلاستیکی توسعه می یابد خشکی یا سفتی تثبیت شده مورد نیاز است جهت گسترش دادن ظرفیت کامل بارهای (تیرآهن) انعطاف برش چرخه ای یک مکانیزم پراکندگی انرژی است زیرا خمیدگی های چرخه ای بزرگ می توانند جایگزین شوند بدون اینکه هیچگونه شکستگی حاصل شود این عمل بدلیل رخ داده شده در بخش بزرگ جان تیر است و بدنبال یک زمینه قطری بدست می آید جان تیر بعد از انعطاف در برش کمانش می کند اما فیلد کشش مکانیزم حمل و نقل بار را جهت منع شکست کنترل می کند و در نتیجه یک حلقه هیستریک دارای ناحیه بزرگی شده که پراکندگی انرژی را به خوبی نشان می دهد .

4.6.5 تجزیه و تحلیل و مسائل طراحی :

یک تکنیک توازن – گشتاور به راحتی برای سایزبندی مقدماتی قطعات در مهاربندی خارج از مراکز مورد استفاده قرار می گیرد.

این متد ، در ابتدا با مجموعه‌ای از گشتاورهای خمش بطور آماری در قاب بندی ، آغاز می‌شود، و در گشتاور ها برای قطعات مختلف توزیع می شود . تا به مکانیزم مطلوبی دست پیدا کنیم توازن و یا تعادل ، نگهداری شده در هر سیکل توزیع گشتاور تا حدی مشابه توزیع

گشتاور الاستیک است . بعد از اتمام توزیع گشتاور پلاستیک قطعات مختلف طراحی می شوند علاوه بر این ، نیروی فرم گرفتن یک مفصل در جان تیر ، ظرفیت گشتاور پلاستیک تیر است که باید به ظرفیت انعطاف برش تیر ، افزوده شود . در محاسبه کردن ظرفیت گشتاور پلاستیک تیر ، توزیع بدلیل بخش جان تیر مربوط به تیر است که نادیده گرفته شده زیرا جان تیر فرض می شود که دارای انعطاف پذیری است در ابتدای تیری برای ظرفیت برش انتخاب می شود سپس برای اطمینان از اینکه مفصل پلاستیک از هر دو انتهای عنصر تیر خارج از مرکز است ، نیاز به ظرفیت گشتاور است ، چون کمی بزرگتر از ظرفیت برش می‌باشد. طراحی هایی دیگر پایداری در برابر زلزله ، این است که ستون باید با استفاده از ستون  قوی تیر ضعیف انتخاب شود تا اینکه مطمئن شد مفصل های پلاستیکی در تیرها فرم یا شکل گرفته اند اما ، در ستونها چنین نیست .اگر گشتاور پلاستیکی تیر انتخاب شده بزرگتر از طرح مورد نیاز باشد ، ستون باید با یک روش محافظه کاری ، طراحی شود . حتی مهمترین چیز اطمینان از این است که مهاربندی برای جلوگیری از کمانش حاصل شود این کار نیز با طراحی کردن مهاربندی برای تحمل کردن نیروها تا حدی بزرگتر از تجزیه وتحلیل ارائه شده است این محافظه کاری در طراحی مهاربندی ، جهت کنترل محاسبة واقعیت تیر واقعی طراحی شده ، ضروری است و دارای ظرفیت اضافی می باشد بدلیل این عوامل :

1)     تغییر شکل نسبی و یا سخت شدن تیر

2)     استرس یا تنش واقعی که بیشتر جنبة تئوری دارد

3)     کنش متقابل دال ها ( صفحات ) کف با تیرهایی که برای افزایش ظرفیت گشتاور پلاستیک ، نگهداری میشوند .

اتصال مهاربندی– تیر؛می‌تواند هم برای جوشکاری و یا برای اتصال نواری (تسمه‌ای )،طراحی شود تسمه ها یا نوارها ، تسمه های اصطکاک را طراحی کرده اند و برای قدرت تحمل و ظرفیت چک و کنترل می شود بدلیل احتمال تأخیر در انجام کار در رویداد یک نیروی بزرگ زلزله اتصال  تیر به ستون ، همانند یک اتصال گشتاور طراحی شده ، با جوشکاری کردن بال (‌تیرآهن ) مربوط به تیر جهت نفوذ کامل جوش ها به ستون اتصال اصطکاک تسمه ها یا نوارها ، با عمل جوشکاری یک صفحة برش – جداگانه صورت می‌گیرد که از نیروهای زیاد برش در عنصر تیر هم مرکز استفاده می کند . حمایت جانبی در بال های (تیر آهن ) بالا و پایین تیر مورد نیاز است برای اینکه از پیچش یا پیچ خوردگی جانبی و خمش محورهای ضعیف جلوگیر کند .

توزیع گشتاور پلاستیکی ، یک طراحی مقدماتی است ، بنابراین برای چک کردن نتایج ضروری است که تجزیه و تحلیل الاستیکی طولی صورت گیرد . طراحی الاستیکی قابل بندی مهار بندی شده بطور خارج از مرکز ، کاری مشکلی نیست والبته مشکل تر از طرح یک قاب بندی مهار بندی متحدالمرکز نیست ، بویژه در قابلیت استفاده از برنامه های کامپیوتری نتیجه چک و کنترل کردن ، قابلیت تعمیر و ملاک ها است که اولین کار کنترل کردن طرح مقدماتی می باشد اگر سایز قطعات مورد نیاز توسط تجزیه و تحلیل عمل تنش یا استرس  میزان و تنظیم شود ضروری است که رفتارها و وضعیت غیر الاستیک نیز چک شود و مطمئن شویم که تیرها ، مشخصة رابط ضعیف را نگهداری می کنند . طراحی تیرها و ستونها در تغییرات نسبی غیر الاستیک ،‌بطور منطقی قابل فهم است بجز طراحی عنصر تیر خارج از مرکز . طول تیر بین ستون مهار بندی (‌عنصر رابط ) ، برای حمل و نقل نیروی اضافی محور گشتاور طراحی شده ، در حالیکه طول باقی ماندة تیر مربوط به مهاربندی برای حمل و نقل استرس‌های برش طراحی شده است . وضعیت یا رفتار کامل قاب بندی ، بستگی به توسعة زیاد بر مبنای رفتار رابط برش دردامنه نسبی غیر الاستیک دارد هرچند در اینجا ، هیچگونه بررسی تئوری و یا داده های تستی ارائه نشده که انعطاف برش جان تیرها را ، که تحت نظر بارگذاری چرخه ای هستند ، توصیف کند سپس برآورد یا مقیاس گیری رفتار یا وضعیت تستی انجام شده بر مدلهای قاب بندی می تواند به کار گرفته شود برای طرح های اولیة‌ ساختارهایی که یک سختی را برای ایجاد توازن پنل های حمایت نشده ، معرفی کردند .

6-6-4- مسائل و موضوعات خمیدگی :

خمیدگی جانبی قاب بندی مهار بندی شده بطور خارج ازمرکز ، می تواند بعنوان مجموع سه سازه یا مولفة برآورده شده است :

1-   خمیدگی به علت قابلیت ازدیاد طول مربوط به مهاربندی

2-   خمیدگی بعلت کشش محوری در ستونها که معمولاً بعلت رانه (‌drift) و تر و

3-   خمیدگی بعلت دفرمه شدن عنصر خارج از مرکز است . زیرا مهاربندی و ستونها برای الاستیک باقی مانده ، طرحی شده اند و حتی تحت کنترل زلزلة شدید می باشند ،؛ خمیدگی آنان بسیار ثابت است ، زمانیکه قاب بندی ، پلاستیک باشد تیر ، برای نیروهای سنگین تر طراحی شده ، تا برای تطبیق کردن ، قاب بندی مهار شده بطور متحدالمرکز بودن که دارای سختی یا محکمی زیادی است ، بنابراین اینکار به خمیدگی تحت شرایط الاستیکی ، کمک  کوچکی می کند . در خلال زلزله های شدید، زمانیکه تیر ، پلاستیکی است اینکار به خمیدگی قاب بندی در یک سیستم متناسب کمک می کند که بطور نسبی کوچک است بنابراین ، یک قاب بندی مهار بندی شده بطور خارج از مرکز ، یک سیستم انعطاف پذیر غیر منطقی است که با قاب بندی متحدالمرکز مقایسه می شود .

7-6-4- K‌عامل نیروی افقی :

مقدار عامل نیروی افقی k، نیاز به محاسبه کردن نیروهای متوازن متزلزل دارد که در طراحی قاب بندی خارج از مرکز طراحی شده و تا حدی قابل بحث است و یک مورد از تفسیر کد متزلزل می باشد زمانیکه ، جزئیات مناسبی از اتصالات گشتاور ، قابلیت متحمل شدن دفرمة زیاد را داشته باشند . بنابراین در اینجا ، قابلیت شکل پذیری در نظر گرفته می شود کدهای ساختمان به طور کلی ویژگیهای قابلیت شکل پذیری قاب بندی گشتاور را ، تشخیص می دهد ،با ارائه کردن عملکرد امتیازی برای ساختارهایی که بستگی به قاب بندیهای پایداری – گشتاور دارد برای پایداری آنان ، برای نیروهای جانبی تولید شده توسط ، زلزله ، زمانیکه مقدار K‌کمتر از k=0/8 باشد ، تا 0/1 در تجزیه و تحلیل مورد استفاده قرار می گیرد ، بسیاری از کدهای متزلزل نیاز به 100% نیروهای جانبی دارد تا مهاربندی پایدار باشد . بطور طبیعی مهار بندی خارج از مرکز ، با انواع دیگر مهاربندی بکار گرفته می شود جهت پایداری نیروهای متزلزل ( وابسته به زلزله ) و پایداری مهاربندی خارج از مرکز ، اما با یک بخش کوچکیاز نیروهای متزلزل ، نسبت دارد . اگر بتواند این را نشان دهد ، البته با نادیده گرفتن مهاربندی خارج از مرکز ، برش های طبقات متزلزل پایدار می شوند ، اما بوسیلة قاب بندی گشتاور متداول که بیشتر از کد ، مورد نیاز است ، پس یک مورد این است که‌ از K=0/8 استفاده کرد در طراحی مهار بندی خارج از مرکز .

 اکثر کدها ، یک عوامل نیروی افقی کاهش یافته را قبول می کنند ، در بارهای جانبی زیادی که در خلال زلزله ها ، این قاب بندیها ، قابلیت شکل پذیری دارند .

 8-6-4- نتیجه گیریها:

ساختمان های فولادی طراحی شده از مهار بندی خارج از مرکز ، بطور ضمنی استفاده می کنند که سبک تر از قاب بندیهای پایدار – گشتاور متوازن هستند ، در حالیکه حفظ کردن سختی یا سفتی الاستیک قاب بندیهای مهار بندی شده ، متحدالمرکز ، بیشتر قابلیت شکل‌پذیری دارند خلاصه اینکه سیستم مهاربندی خارج از مرکز ، دارای ویژگیهای ذیل می‌باشد :

 1- فراهم کردن یک سیستم ساختاری سخت که قابلیت خدمات دهی مورد نیاز را دارند بدوند اینکه نیاز به تحمیل غیر ضروری در مورد فولاد ساختاری داشته باشند

2- عناصر تیر خارج ازمرکز ، اگر چه در برش انعطاف می یابد ، عملکرد فیوزهای آن برابر پراکندگی انرژی اضافی در خلال یک زلزلة شدید است

3- شکست نابهنگام عنصر یک تیر خارج از مرکز نمی تواند موجب سقوط ساختار شود زیرا ساختار مداوم از پایداری و سختی نگهداری می کند .

7-4- سیستم  اثر متقابل مهاربندی شده و قاب بندیهای سخت :

1-7-4- معرفی :

 حتی برای ساختمانهایی که 10 تا 15 طبقه دارند غیر منطقی است که ستونهای سنگین جهت مهاربندی باد استفاده شود .زیرا عمق قابل دسترس برای مهار بندی ، معمولاً محدود شده است .

علاوه براین ، نیروهای بالا بردن در ستونهای هسته و زیرین رخ می دهد و می تواند مسئله یا مشکل فونداسیون را نشان دهد بطور مثال راه حل ساختار اقتصادی ، می تواند با ، ایجاد قاب بندیهای سخت برای عملکر پیوستگی ، حاصل شود . اگرچه تیرهای مرکب عمیق و اتصالات گشتاور ، برای عملکرد قاب بندی مورد نیاز است قاب بندیهای سخت ، اغلب ترجیح داده می شوند ، زیرا آنها کمتر قابل دسترس هستند از فضای داخلی برنامه‌ریزی مورد نظر هر ساختمان مجموعه معیار خویش را دارد و بطور معماری امکان دارد برای استفادة Spandrels های عمیق قابل دسترس نباشد وهمینطور ستونهای اضافی نمای ساختمان ، زیرا ستونهای اضافی به برنامه ریزی فاصله و عمق spandrels ها ، کاری ندارند و همینطور مشکلی برای عبور هوای تهویه شده از مجرا یا کانالها ، وجود ندارد یک طرح یا نمونه کف یا طبقه از ساختمان در تصویر a24-4 نشان داده شده است.

قاب بندیهای پیرامون (‌محیط) متناور یک مجموعه از قاب بندیهای داخلی است که میتواند برای عملکرد در تزریق مهار بندی هسته ای ، ساخته شود مانند نظم و ترتیبی که در تصویر b 24-4 ‌مشخص شده است اینکه قاب بندیها بر اساس لاین های سخت 7.6.2.1 در مهار بندی هسته ای بر مبنای لاین های 5.4.3 شرکت کرده اند مورد دیگر ، اتصال گشتاور تیرهای مرکب بین هستة مهاربندی شده و ستونهای پیرامونی که در تصویر          c 24-4،‌ نشان داده شده است .

 برای ساختمان های خیلی بلند و باریک می توان از سیستم اثر متقابل قاب بندی گشتاور ومهاربندی که عمق دارد استفاده کرد که با عمق هسته های ساختمان محدود شده است یک راه حل ساختاری و اقتصادی پراکندگی مهار بندی برای پهنای کامل ساختمان در امتداد نماها است اگر مثلاً یک سیستم نتواند از لحاظ معماری ساختمان به توافق برسد اگر  اینکار انجام گیرد پس راه حل امکانپذیر است که حرکت به سمت مهاربندی با عمق کامل برای داخل ساختمان باشد چنین مهاربندی ضمنی در تصویر d 24-4 نشانداده شده است که قاب بندیهای گشتاور در تقابل نمای ساختمان با دو خمیدگی مهار بندی شده– داخلی، واقع شده اند این خمیدگی برای پهنای کامل ساختمان از مهار بندی K، امتداد یافته است ، پایداری واژگونی و نیروهای برشی با ، توسعه یافتن نیروهای محوری صورت گرفته یک بخش از عرض متقاطع ساختمان است که در تصویر e 24-4- نشان داده شده است ، بنابراین یک سیستم ثانویه از مهاربندی مورد نیاز است که بارهای جانبی را برای نقاط پنل مهار بندی K، انتقال می دهد این را هم در تصویر مشاهده کنید قطرهای مهار بندی K‌بطور مداوم در سراسر قسمت داخلی ساختمان از ستونهای شیب دار ناشی شده که ساختار کارآمد سیستم را نشان میدهد .

 کل چهار سیستم مهار بندی بالا و هر تعداد اختلافهای آنان ، می تواند با کمی ترکیب مورد استفاده قرار گیرد و می تواند اثر متقابل با قاب بندیهای اتصال شدة گشتاور داشته باشد اهمیت اثر متقابل آنان نیز می تواند با تفاوت و اختلاف در سختی یا سفتی عناصر مختلف ساختاری ، کنترل شود ، جهت کسب یک سیستم ساختاری و اقتصادی

2-7-4- رفتار و یا وضعیت فیزیکی :

 اگر ، الگوی خمیدگی جانبی قاب بندیهای مهاربند شده و مهار بندی نشده ، مشابه باشند، بارهای باد ، می توانند بین دو سیستم طبق نسبت سختی آنان ، توزیع شوند . هر چند در ساختمانهای متناسب ، بطور طبیعی قاب بندیها مهار بندی و مهاربند نشده اند ؛ همراه با ویژگیهای اشکال آنان ، بنابراین ضروری است که بررسی و مطالعه در این خصوص صورت گیرد .

تا آنجایی که عملکرد پایداری– بار– جانبی ساختمانهای بلند ، نگران کننده‌است قاب‌بندی مهار شده و مهار نشده می توانند به عنوان دونوع مجزا ، در نظر گرفته شوند اساس طبقه‌بندی با روش دفرمه واحد صورت می گیرد زمانیکه در ارتباط با بارگذاری جانبی باشد ، ویژیگهای خمیدگی یک قاب بندی مهار شده ، مشابه به تیر سرآزاد ( پیشامدگی ) است نزدیک قسمت زیرین خرپای عمودی بسیار سخت و محکم است و بنابراین ، خمیدگیهای طبقه به طبقه (‌کف به کف ) کمتر از نیمی از مقدار نزدیک به قسمت بالا می‌باشد خمیدگیهای کف به کف نزدیک به سمت بالا، سرعت افزایش می یابد ، بعلت تأثیر روز افزون رانة وتر است کشش ستون در بخش زیرین ساختمان تولید خمیدگی در بخش بالایی می کند و این تأثیر مشابه در هر کف یا طبقه رخ خواهد داد ، نتیجه این است که رانه ( drift) در بخش بالایی تراکم دارد . مسئله رانة‌وتر ، درعمل با مشکل مواجه می‌شود جهت کنترل آن و بطور طبیعی نیاز به کیفیت فولاد ساختاری احساس می شود که نیاز به ثقل (‌سنگینی )‌دارد . قاب بندیهای سخت و یا مهار شده در یک روش برش عمودی ، با خمیدگیهای طبقة‌نزدیک به قسمت زیرین ، تا حدی بزرگتر است و بخش بالای تا حدی کوچکتر ، در اینجا می توان قاب بندی مهاربندی شده را مقایسه کرد ، خمیدگیهای کف به کف نیز می توانند نسبتآً یکسان در نظر گرفته شوند این ترکیب الگوهای خمیدگی مختلف بین ، قاب بندیهای سخت و مهار بندی شده ، به تولید کردن ساختارهای محکم ، بسیار کمک کننده است تفاوت وضعیت در بین قاب بندی مهار بندی شده و مهار بندی نشده ، از نیروی متقابل غیر یکسان بین این دو عنصر ناشی می شود . زمانیکه این ها ، با یک سیستم دال ها ( صفحة بتنی ) کف ،ارتباط پیدا می کنند تصویر 25-4 یک نمونه از الگوی دفرمه شده را با قاب بندی مهار بندی شده و مهار بندی نشده را نشان می دهد وقتی آنها به طور جداگانه بارهای جانبی دارند همچنین این تصویر نیروهای اثر متقابل افقی را ، زمانی گسترش می دهد که عناصر با صفحات بتنی کف ارتباط پیدا می‌کنند و مجبور به سازگاری با دفرمه شدن در سطوح کف هستند عملکرد قاب بندی مهار بندی شده همانند تیر پیشامدگی عمودی و خمش است همراه با شیب بزرگترین خمیدگی دربخش بالایی ساختمانکه این ناحیه را در قاب بندی مهار بندی شده نشان می دهد که حداقل به سختی جانبی کمک می کند .

قاب بندی ،سخت و محکم دارای یک روش دفرمة برش است ، همراه با شیب دفرمة بزرگتر در پایة ساختار ، جاییکه حداکثر برش فعالیت می کند بدلیل ویژگیهای مختلف خمیدگی جانبی مربوط به دو عنصر ، قاب بندی تمایل به کشیدن ( به عقب کشیدن ) مهار بندی در بخش بالایی ساختمان و هل دادن به سمت جلو در بخش پایینی دارد  در نتیجه ، قاب بندی در بخش بالایی کارآمد است (‌البته در ساختمان ) جاییکه برشهای باد ، کمتر هستند قاب بندی مهار بندی شده ، برش را در بخش پایین ساختمان ، منتقل میکند . بنابراین ، بدلیل اختلاف در ویژگیهای خمیدگی یک سختی و قاب بندی مهار بندی شده ، دو سیستم وجود دارند که به هر کدام از این اهداف کمک می کنند .قاب بندی، تمایل به کاهش خمیدگی جانبی هستة خرپا( تقویت کننده ) در بخش بالا دارد ،در حالیکه هسته خرپا ، قاب بندی نزدیک به پایه را حمایت میکند یک اختلاف یا دگرگونی از برش ها ، توسط هر عنصر منتقل می شود ، چنین سیستمی که تحت کنترل بار جانبی است در تصویر b25-4 مشخص شده است توجه به این نکته ضروری است که ، برش کلی با قاب‌بندی غیر مهاربندی شده در بخش طبقات بالایی ، می تواند کاربرد را در برش طبقات در این سطوح، افزایش دهد .واضح است که توزیع کردن برش های بکار گرفته شده برای عناصر مختلف پایداری در سختی یا سفتی متناسب می تواند نتایج نادرستی در برداشته باشد .

زمانیکه، هسته های سخت ، مورد استفاده قرار می گیرند ، برای مهار بندی یک ساختمان ، امکان دارد سختی جانبی قاب بندی نادیده گرفته شود و بنظر می رسد که بار افقی ، کاملاً‌توسط سیستم هسته ای منتقل شود هر چند اگرقاب بندی قابلیت ساختن توزیع چشمگیر را برای سختی جانبی داشته باشد ، ضروری است که توزیع بار ، ارزیابی شود که، بار افقی ، کاملاً‌توسط سیستم هسته ای منتقل شود هر چند اگر قاب بندی قابلیت ساختن توزیع چشمگیر را برای سختی جانبی داشته باشد ، ضروری است که توزیع بار ، ارزیابی شود که ، در سراسر ارتفاع آن با اثر در تغییرات سختی و سفتی جایگزین ارتفاع ساختمان می شود .

اگرچه بخش قاب بندی شدة‌یک ساختار بلند ، معمولاً انعطاف پذیری که بیشتر در مقایسه با بخش مهاربندی شده دارد ، هر چه تعداد طبقات افزایش یابد ، اثر متقابل آن با قاب بندی مهاربندی شده ، اهمیت بیشتری می یابد و کمک بیشتری به پایداری جانبی ساختمان می کنند .وبنابراین ، وقتیکه بخش قاب بندی ، نسبتاً‌سخت و محکم است توسط خود و با اثر متقابل خویش همراه با بخش مهار شدة ساختمان ، می تواند بطور قابل ملاحظه‌ای سخت تر و طراحی آن کارآمدتر باشد .

8-4- سبک (اعضای سازنده) و سیستم های تقویت کننده (خرپای) نواری:

معرفی:

طرح های ساختاری ابتکاری و نوآوری، بطور مداوم و پیوسته در جستجوی طراحی ساختارهای بلند هستند، با این نیت یا قصد که رانه (drift) باد را برای محدودیت های قابل پذیرش بدون پرداختن پیک مزایای زیاد در تناژ فولاد، محدود کنند. صوفه جویی در تثار فولادی و هزینه آن، می تواند در ساختمان های مرتفع بکار گرفته شود، اگر تکنیک ها، برای قابلیت های کامل عناصر ساختاری بکار گرفته شوند. تکنیک های مختلف مهاربندی- باد، برای این انتها، توسعه و گسترش یافته اند: این بخش در ابرتباط با چنین سیستمی است، سیستم خرپای نواری یا تسمه ای که بعنوان سیستم بست (اعضای سازنده)- هسته ای، شناخته شده است. یک مدل تحلیلی ساده، توضیح دادن رفتار یا وضعیت ضروری سیستم می باشد و یک متد تجزیه و تحلیل کردن، برای کسب ترکیب بهینه مکان خرپای نواری و کم کردن رانة باد ساختمان ها، مد نظر می باشد.

2-8-4- وضعیت فیزیکی:

یک شیوة قدیمی یا سنتی، برای مهاربندی باد، در ساختارهایی که ارتفاع متوسط دارند، فراهم کردن مهاربندی خرپا در هسته یا اطراف دیوارهای پله ای، است و همینطور تکمیل پایداری جانبی با بهبود بخشیدن به قالب بندیهای متصل شدة- گشتاور در مکان های مناسب دیگر، اما، زمانیکه ساختمان ها بلندتر از ft 500 هستند، هسته، اگر نگهداری شود، از حمل و نقل عمودی و نیازهای مکانیکی، تشکیل شده و نمی تواند سختی یا کافی را برای نگهداشتن رانة باد انجام دهد. یک مفهوم جدید ضمنی، در طی دو دهه اخیر، این تکنیک از یک کلاهک خرپا (Captruss) بر مبنای ترکیب هستة مهاربندی شده، با ستون های خارجی (بیرونی)، استفاده کرده است. در این سیستم، ستون ها به کلاهک خرپا، در سراسر سیستم اعضای سازنده و خرپای نواری یا تسمه ای، متصل می شوند (بسته می شوند). بنابراین، عملکرد سنتی یا قدیمی حمایت یا پشتیبانی کردن ثقل بارها، موجب شده تا، ستون ها از حرکت جانبی ساختمان، جلوگیری کند.

زمانیکه، ساختمان در معرض نیروهای جانبی قرار می گیرد، عملکرد، اتصال متصل کردن پایین کلاهک خرپا (تقویت کننده) مانع خمش هسته می شود با معرض کردن یک نقطه خمیدگی در انتحای خمیدگی آن. این معکوس در انحنا، حرکت جانبی را در بالا، کاهش می دهد. عملکرد خرپای نواری یا تسمه ای، مانند صفحة سخت افقی، ستون های بیرونی را، در بر می گیرد، که مستقیماً باخرپای بست (اعضای سازنده) در ارتباط نیستند. یک پیشرفت کلی از بالا به 25تا 35% در سختی یا محکمی، می تواند در مقایسه تشخیص داده شود، برای سیستم مشابه، بدون خرپاها، زیرا در عوض، فعالیت انفرادی ستون ها، متصل است و همه ستون های نما، در پایداری بارهای جانبی، نقش دارند. کلاهک و سیستم خرپای نواری، نقش مهمی می توانند با یک هسته و ستون های بین- متصل شده، بر قسمت بیرونی ساختمان، نقش مهم خویش را ایفا کنند. اینکار اجازه می دهد که طراحی نمای ساختمان با ساختار کلی و بی نقص صورت گیرد. علاوه بر این، این سیستم برای پایداری بارهای جانبی، کارآیی دارد، همچنین همسانی را در کوتاه شدگی تفاضل ستون های بیرونی مشاهده کرد که از دما و بار محوری نا متوازن بین هسته و ستون های بیرونی، حاصل شده ایت. قرار دادن یک خرپای سخت در بالای ساختمان، حرکت تفاضلی را بین ستون های داخلی و خارجی حذف می کند، البته با فراهم کردن محدودة فشرده برای ستون های بیرونی در انبساط یا بسط محدودیت کشش، زمانیکه ستون ها، در فشار هستند. وضعیت یا رفتار کلاهک و سیستم خرپای نواری، توسط تصویر 4026 ، توصیف شده که نمونه ای از کف یک ساختمان هسته مهار بندی شده است. تصویر کنید فقط هسته، مهاربندی کردن جانبی را فراهم می کند. وضعیت یک هسته مهاربندی شده، مشابه و بدون سریته آزاد باشد، اما وقتی هسته زوج باشد برای ستون های بیرونی که در سراسر سیستم کلاهکی و خرپای نواری قرار دارند، هسته، هیچگونه چرخشی در بالا یک سریته آزاد ندارد. بازوهای بست (اعضای سازنده) که سعی می کنند با هسته بچرخند، در انجام این عمل توسط ستون های بیرونی، محدودیت دارند. چرخش خرپا با تقویت کننده توسسط خطوط (لاین های) ستون های بیرونی، محدود می شود، ستون های بادگیر که با چرخش کلاهک خرپا امتداد یافته اند (قابلیت ارتجاع) و در معرض کشش هستند، درحالیکه ستون های بادپناه، با این چرخش فشرده می شوند، بنابراین در معرض تراکم و فشردگی قرار دارند. این کشش و نیروهای فشرده، بطور معکوس از چرخش هستة مهاربندی شده، تولید شده است. عملکرد سیستم طولانی نیست، زیرا در بالا و به همان نسبت در پایین، محدودیت دارد. خمیدگی بوجود آمده، ناشی از یک انحنای S مسطح با یک نقطة افزایش (برآمدگی) است که در تصویر 27-4 ، نشان داده شده. تأخیر خالص عملکرد جفت (کاپلینگ) عناصر خمش مربوط به هسته را کاهش می دهد، در نتیجه خمیدگی ها، کاهش می یابند. مقدار کاهش در رانه (drift) ، بستگی به سختی سنجی هسته، کلاهک خرپا و سایز اتصال (متصل شدن) دارد.

3-8-4- متد تجزیه و تحلیل:

بطور کلی اینصورت تشخیص داده می شود که به یک تجزیه و تحلیل سه بعدی ضروری است، اگر مزیت کامل در تأثیر متقابل ویژه در عناصر مختلف ساختار کامل، حاصل شود. اگر چه چنین تجزیه و تحلیلی در محدودة شیوه طراحی ساختار نرمال بوجود آمده و این شیوه از ابزار بهینه ای استفاده می کند که امکان دارد مطلوب نباشد و نیاز به وقت و زمان زیادی داشته باشد. در این باره، یک متد بر مبنای فرضیات آسان و سهل شده ارائه شده است جهت تعیین کردن مکان بهینه یک تقویت کننده (خر پای) نواری. برای این اهداف، یک ساختار بلند (مرتفع) را در نظر بگیرید که ستون های پیرامونی برای هسته در یک سطح، متصل شده اند. ابعاد این طرح مربوط به ساختمان و نظم و ترتیب هسته، بست (اعضای سازنده) و خرپای نواری، در تصویر A 28-4، مشخص شده اند. یک بار باد، یک شدت افزایش طولی دارد، در ارتفاع ساختمان. فرض کنید 50طبقه دارد. فرضیات ذیل با این تجزیه و تحلیل ساخته شده‌اند:

1- بازوهای بست (اعضای سازنده) متصل به ستون ها هستند و با این روش نیروهای محوری فقط، در ستون های بیرونی، القا می شوند.

2- دیوارهای هسته در این لاین همراه با نسبت، مهاربندی سنگینی شده اند زیرا چرخش هسته بدلیل مهاربندی دفرمه شده، ناچیز و جزئی است.

3- اتصالات تیر مرکب به- ستون در همة قالب بندی های دیگر، پین شده (سنجاق شده) و عملکرد هسته مهاربندی شده در اتصال یا پیوستگی همراه با ستون های پیرامون، پایداری کامل را برای بادباد، فراهم می کنند.

4- خرپای نوار، سختی نامحدودی دارد و در اطراف و پیرامون محیط کامل ساختمان، پیچیده شده، است.

5- سختی یا سختی محوری ستون های پیرامون و معیار گشتاور مربوط به هسته بطور طولی با ارتفاع ساختار، کاهش یافته است.

6- هسته کاملاً در پایه، فیکس یا تثبیت شده است.

با این فرضیات، مدل تجلیلی برای نمونه، یک سریتر آزاد متصل شده را کاهش می دهد. در اینجا به هسته و دفرمه شدن اعضای سانده، مستقل هستند و بر مبنای تغییرات انرژی، در حالیکه ستون ها، فقط میتوانند نیروی انرژی را مستقیماً ذخیره کنند و دفرمه شدن آنها، مستقل می شود زمانیکه بر مبنای فرم یا شکل شکل این انرژی باشد. دو متوکلاسیک دیگر (سختی یا انعطاف پذیری) می توانند برای بدست آوردن مکان بهینه و مطلوب خرپای نواری، بکار گرفته شوند. قبل از اینکار، اجازه دهید که چگونگی مکان خرپای نواری و تأثیر آنرا در اهمیت رانه drift باد، از لحاظ کیفیتی، در نظر بگیریم. فرض کنید، نوار با تسمه و خرپای اعضای سازنده (بست) در امتداد ارتفاع ساختار قرار گرفته اند، پس بار باد و مشخصه قطعه مربوط به ستون‌های پیرامون و هسته برای ارتفاع کامل، ثابت می مانند. تصویر 29-4، مدل تحلیلی ترکیب کردن فرضیات مذکور را، نشان می دهد. خمیدگی تیر سرآزاد (پیشامدگی) متصل شده را نیز در نظر بگیرید، که با مجموعه جبری خمیدگی های بدون سریته آزاد تحت کنترل بار بیرونی و خمیدگی صورت گرفتند، بعلت محدودیت اعضای سازنده و ستون ها. تأثیر اعضای سازنده و ستون ها می تواند مشابه یک فنر پایدار- گشتاور باشد، فنری که سختی آن بستگی به مکان آن دارد. قبل از اینکه به فرمول مسئله برای این راه حل، برسیم، باید یک بررسی مفید در ارتباط با رفتار یا وضعیت سریته آزاد محدود شده برای مکان های ویژه فنر، انجام دهیم. تصویر a -3-4، با d مدل تحلیلی را همراه با فنرهای قرار گرفته در بالا، در ارتفاع ، در ارتفاع متوسط و در چهار نقطه در امتداد. ارتفاع، نشان می دهد.

مورد اول (تصویر a – 3-4)، فنر در Z= L شرایط سازگاری چرخش در Z=L را
می توان بدین صورت نوشت.

در اینجا،  چرخش سریته آزاد در Z=L است. بدلیل یک بار جانبی یکسان W، در رادیان.

= چرخش بعلت مکان محدود فنر در Z=L است، در رادیان. نشانة منفی، چرخش سریته آزاد را بعلت عملکرد سختی فنر در یک مسیر مخالف نشان می دهد، بعلت بار بیرونی. خارجی

= چرخش نهایی سریته آزاد در Z=L، در رادیان.

برای یک سریته آزاد با گشتاور یکسان معیار I و قدر مطلق الاستیکی E در معرض بار افقی یکسان W، قرار گرفته است.

اگر M1 و K1 گشتاور و سختی، محکمی فنر قرار گرفته در Z=L را نشان می دهد. معادلة (5-4) را، می توان بدین طریق مجدداً نوشت:

و

 

نتیجه رانه (drift)  در بالای ساختمان می تواند، با انطباق خمیدگی پیشامدگی (سریته آزاد) بدست آید بعلت بار یکسان خارجی W و خمیدگی بعلت گشتاور القا شده توسط فنر است.

بنابراین:

فنر  - بار  =  

مورد 2 (تصویر b- 3-4) ، فنر در Z=3L4. عبارت کلی برای خمیدگی جانبی y و برای یک پیشامدگی یکسان است که آنها در معرض یک بار جانبی یکسان هستند که این فرمول را، ارائه داده است:

 

توجه کنید X از بالا، اندازه گیری شده، تفاضل X نیز در نظر گرفته شده، عبارت کلی برای شیب تیر سر آزاد (پشامدگی) چنین ارائه شده

شیب در مکان فنر، با جا نشین Z=3L14 عرضه شده، یعنی x=L14، در معادله (12-4)، پس:

 

با استفاده کردن چرخش K2, M2 ، می توان گشتاور و سختی فنر را در Z=3L14 نشان می دهد، معادلة سازگاری در مکان 2، می تواند مجدداً نوشته شود:

توجه کنید Kz=4K13 است و عبارت M2 را می توان مجدداً نوشت:

توجه کنید که، اصطلاح در پرانتزز مشخص شده M1 ، معادله (15-4)

می تواند در اصطلاح M1 بیان شود:

M2=1/31M1

رانه (drift) با این رابطه ارائه شده اند:

 و یا مورد 3 (تصویر c-3-4)، فنر در Z=L/2 . چرخش در Z=L/2 بعلت بار بیرونی W‌است. که می تواند برای 7WL3/48EI ، یکسان باشد. معادله سازگاری چرخش بدین صورت ارائه شده است:

جاییکه M3 و K3 گشتاور و سختی مربوط به فنر را در Z=L12 ، نشان می دهد توجه کنید که، K3=2K1 ، عبارت M3 را چنین می نویسند:

 

از اینرو، عبارت داخل پرانتز برای M3 و M1 یکسان است و می توان عبارت این اصطلاح M1 را چنین نوشت:

M3=1.75M1

رانه (drift)، با معادله ارائه می شود:

 و یا مورد 4 (تصدیر d-3-4) فنر در Z=L/4 . چرخش در Z=L/4 ، بعلت بار جانبی یکسان است که می توان آنرا با WL3/6EI[ ….. یکسان، نشان داد. پس معادلة سازگاری چرخش می شود:

 

جاییکه M4 و K4 ، گشتاور و سختی فنردار Z=L/4 ، نشان می دهد. توجه کنید K=4=4K,M4 … در معادله (23-4) را می توان در اصطلاح M4 ، بیان کرد .

M4=2.3M4

رانه (dirft)، برای این مورد با این عبارت ارائه می شود:

 و یا معادلات (10-4) ، (14-4)، 22-4)و (26-4) رانه ساختمان را برای 4 مکان های مختلف مربوط به خرپای اعضای سانده و تسمه (نوار) نشان می دهد. مقدار K1 با سختی یا سفتی فنر منطبق است. زمانیکه آن در Z=L قرار گرفته است. یک واحد چرخش برای هسته در بالا، موجب انباساط و فشردگی همه ستون های پیرامون
می شود. این نکته با در نظر گرفتن فواصل از مرکز ثقل مربوطه به هسته، در نظر گرفته شده است. نیروهای مختلف با، بازوی اهرم مقدار سختی K1 را، عرضه می کنند. بنابراین، اگر K1 ، اندازه گیری شود، K1 دارای واحدهای Kip – feet است. نیروی p در هر ستون بیرونی، با روابط p=AESLL ، ارائه می شود، پس توصیف S برای انبساط ستون، منطیق شده و یا فشردگی یا تراکم آن بعلت چرخش واحد هسته است. S=d/2 ، جایی که d، فاصله بین ستون های بیرونی (خارجی) می باشد. بنابراین :

و به سختی و سفتی K1، کمک می کند و این رابطه را بوجود می آورد:

 

مجموع کمک همه ستون های خارجی بر نماهای بلند با مجموعه روابط ارائه می شود:

کمک به ستون ها بر مبنای نمای خارجی کوتاه، می تواند با یک روش مشابه اجرا شود.

4-8-4- مکان بهینه برای یک خرپا (تقویت کننده) جداگانه:

از نکات قبلی می توان نتیجه گیری کرد که، برای ساختمان مقدار یا اندازة تأثیر یا اثر سودمند متصل کردن ستون های بیرونی برای هسته، یک عملکرد از ویژگی های دو نوع مجزا است، سختی و محکمی توازن و هم ارزی فنر و اندازه چرخش یترسر آزاد در مکان فنر، بعلت بارهای بیرونی، یا خارجی است. سختی یا سفتی هم ارزی فنر، بطور مثال، در یک مقدار مینیمم، زمانیکه فنر در بالا قرار گرفته و ماکزیمم زمانی استکه در پایین قرار گرفته. انرژی می تواند در فنر ذخیره شود و یک عملکرد از سفتی و چرخش میتر سرآزاد را در مکان آن، به نمایش بگذارد. چرخش غیر سرتیر آزاد برای بار باد، با مقدار ماکزیمم در بالا برای صفر در پایین، فرض می شود. بنابراین، از این نقطه نظر سخنی فنر در امتداد این مکان و بست (اعضای سازنده) در پایین، مطلوب است. اما اگر چرخش را در نظر بگیریم، این واقعیت عکس می شود. واضح است که مکان بهینه تا حدی در میان یا، بین قرار گرفته است.

برای نشان دادن ساختار ساده شده در تصویر 29-4، فرض کنید بست یا اعضای سازنده، بطور نا محدودی سخت و محکم است. یک راه حل خوب برای مکان بهینه می تواند، با اصول محاسبه، بدست آید. در ابتدا، ما معادلة سازگاری را برای چرخش در x، می نویسیم که مکان مربوطه به اعضای سازندة اندازه گیری شده از بالا، است همانطور که در تصویر 29-4 مشاهده می کنید.

6-8-4- مکانهای بهینه برای دو تقویت کننده (خر پا):

همانطور که قبلاً بحث کردیم، با ساختن فرضیات ساده، براحتی می توان یک راه حل خوب برای مکان بهینه و برای یک سیستم خرپا،‌ارائه شود . در اینجا ، زیاد ساده گرفتن موضوع،ضروری است ، جهت نشان دادن کیفیت روابط بین مکان تقویت کننده و مقدار نوسان جانبی در یک ساختمان واقعی ، فرضیات ساده با درجات مختلف ، عرضه می شوند . تعیین کردن مکان بهینة یک تقویت کننده جداگانه ، بدون ترکیب کردن ساده بودن بسیار طاقت فرسا است برای فرمول بندی محاسبة‌دستی این مسئله ، زمانی پیچیده می شود که بهینه سازی برای دو یا چند مکان خرپا با محاسبة دستی صورت گیرد ، پس باید از کامپیوتر کمک گرفت .

 راه حل های کامپیوتری :

 مدل تحلیلی ، در تصویر 32-4 نشان داده شده است یک روش انعطاف پذیری برای این راه حل بکار گرفته شده این متد را بطور خلاصه با نمونه های مسئله ف توضیح می دهیم گشتاورها در مکانهای بست ( اعضای سازنده ) بعنوان ثابت های اختیاری ناشناخته M2,M1 ، انتخاب می شوند و ساختار با حذف کردن محدودیت های چرخشی ، رها می شود ( منظور از محدودیتها رها می شود ) ، بطور آماری ، تأثیر هر بارگذاری می تواند به راحتی محاسبه شود ضریب های انعطاف پذیری f22,f11  با استفاده از انتگرال ، محاسبه می شود :

در اینجا n,S,m  نشان دهندة گشتاور ، نیروی برش و توزیع بار محوری برسیستم تعیین شده بطور آماری هستند ، بدلیل کاربرد واحد گشتاور در مکان و در مسیر ثابت های A,E, G, I‌ که علامت گذاری آشنایی برای مواد و مشخصه های قطعه عنصر ساختار هستند ، که با انتگرال محاسبه شده اند . توجه کنید فرمهای مختلف انرژی ، در قطعات مختلف مهم هستند ..

گام بعدی ، معادلات سازگاری برای چرخش ها در مکانهای تقویت کننده (‌خرپا) هستند که مقدار ثابت M2,M1 بدست آمده اند خمیدگی برای ساختار با انطباق بار بیرونی بدست می آید ،برای گشتاورهای M2,M1 یک راه حل جداگانه ، برای این مشکل یا مسئله ، جزیی است و احتمالاً براحتی با محاسبات ، حل می شود . یک راه حل کامپیوتری ، ضروری است .

بنابراین هدف جستجوی جهت ترکیب بهینه مکانهای خرپا برای مینیمم کردن رانه =drift باد است که نیاز به راه حل های مختلف دارد یک برنامه کامپیوتری برای این هدف قبلاً نوشته شده بود و محاسباتی برای نمونة ساختاری با 46 طبقه در تصویر 33-4 نشان داده شده نتایج تجزیه وتحلیل در فرم یا شکل نمودارها در تصویر 34-4 ارائه شده است

توصیف یا توضیح نمودارها :

مقدار یا اندازة خمیدگی بالای کف ( طبقه ) مربوط به ساختار ، با سه روش پایداری فرض می شود ، که در یک فرم غیر ابعادی در تصویر 34-4 مشخص شده پهنای عرض عمودی و مقدار یکسان پارامتر خمیدگی برای 1، در خمیدگی بالای کف ، نشان داده شده که ، اینطور تصور می شود هیچگونه خرپای نواری وجود ندارد . پایداری با عملکرد یترسر آزاد هسته مهاربندی و به تنهای بهبود داده می شود منحنی طراحی شدة S، خمیدگی را نشان می دهد ، فرض می کنیم که یک خر پای نواری جداگانه در امتداد ارتفاع ساختار قرار گرفته و عملکرد پیوستگی با هستة‌مهار بندی دارد خمیدگی برای یک مکان ویژه خرپا، توسط فاصلة‌افقی بین منحنی S ‌و محور عمودی در سطح کف ، اندازه گیری شده است . به نظر می رسد که رانة باد، کاملاً به مکان خرپا ، حساس است ، بهترین مکان مناسب در طبقه 27 است ، در نتیجه خمیدگی برای ،کمتر از سه خمیدگی خالص تیرسر آزاد ، کاهش می یابد . منحنی های طراحی شده مانند 4،8،......،46، خمیدگیهای بالای کف را نشان می دهند که با این فرض بدست آمده اندکی که دو خرپای نوار در امتداد ارتفاع ساختار جای گرفتند برای بدست آوردن هر منحنی ، مکان یا جایگاه نسبت یا اعضای سازندة بالایی در روابط ارتفاع ساختمان فیکس شده بود ، در حالیکه مکان نسبت در طبقات اضافی – جداگانه حرکت کرده بود ،؛ استارت یا شروع از طبقة‌اول به طبقة‌دیگر ، صورت می گیرد ،یعنی از پایین به بالای بست (‌اعضای سازنده )

 تعداد منحنی های معرفی شده ، تعداد طبقه را در سبت بالا ، نشان می دهد که در چه جایی قرار گرفتند مکان دوم بست ( اعضای سازنده ) بر مبنای محور عمودی ، ارائه شده ، فاصلة‌افقی بین منحنی ومحور عمودی ، پارامتر خمیدگی بالااست، ترکیب ویژة مکانهای خرپا(تقویت کننده ) با نقش منحنی و عرض عمودی ارائه شده است و بطور مثال ، اجازه دهید فرض کنیم که خمیدگی در بالا ، برای ترکیب ( 15.20) مطلوب است ، تعداد طبقات 20.15 در اعضای سازندة بالایی و پایینی قرار گرفته با این شیوه ، منحنی همراه با تعیین کردن 20 و رسم کردن لاین افقی از عرض عمودی در 15 برای این منحنی ، کافی است در اینجا ، نیاز به پارامتر خمیدگی بالا، فاصلة افقی بین محور عمودی ومنحنی 20 است ( فاصلة َHH در تصویر 34-4) مشابه فاصلة َkk پارامتر خمیدگی برای ترکیب (4-28) را ارائه می کند . بنظر می رسد که تصویر 34-4 ، مکان مربوط به خرپا است و دارای تأثیر چشمگیری بر کنترل کردن رانة باد است علاوه بر این ،‌این مشخص شده است که یک خمیدگی بطور تقریبی با راه حل مناسب ، یکسان است و می تواند برای یک تعداد از ترکیبات بدست آورد بطور مثال یک پارامتر خمیدگی 15/0 است و اختلاف آن در مقدار بهینه 13/0 است که ناچیز است با ترکیبات (23.32.23.40) وغیره متفاوت است .

7-8-4- پروژه های نمونه :

 تصویر a 35-4 و b‌تصاویر را از اولین مرکز  Wisconsin ( ویسن کونسین ) یک ساختمان 42 طبقه و 3/1 میلیون فوت مربع و ساختمان بانک و دفتر ، نشان می دهد که از مفهوم ضمنی سیستم سبت و نواری مهار بندی جانبی استفاده کرده است این ساختمان 601ft ارتفاع دارد واز یک میدان عمومی محصور شده با دو سطح شیشه و سه مکان خرپای نواری در پایین ، وسط و بالای ساختمان ؛ خرپای نواری در پایین ، یعنی انتقال خرپا و حذف کردن ستون خارجی خرپاهای بست (‌اعضای سازنده ) ، در بالا و وسط ساختمان استفاده می شود برای در برگرفتن هستة‌مهار بندی برای ستونهای بیرونی سطوح مکانیکی ، در کف ها یا طبقات تقویت شده قرار گرفتند . معماران و مهندسان برای این پروژه ، دفتر یا ادارة شیکاگوی Ski dmore و Merrill , Owings می باشند .

   اما در مثال دوم ، از کاربرد عمل یخرپای سبت استفاده می کنیم که در تصور C35-4 ‌نشان داده شده ، یک بررسی جزیی از طرحی که مربوط به سیستم مهار بندی باد است در مرکز one Houston‌( یک هوستون )‌استفاده شده است .

این ساختمان ، از 48 طبقه تشکیل شده با ارتفاع 681S+ برای حداقل رانة ساختمان ، دو طبقة‌عمیق خرپای سبت متصل وجود دارد در ستونهای پیرامون جهت هستة مهار بندی شدة K- بین سطوح 33 و 35 ( سی وسوم و سی وپنجم ) سه خرپای سبت بر مبنای هر سمت هسته در سراسر فضای ساختمان اجرا شده استفاده از این خرپای سبت در کاهش دادن رانه ؛ کمتر از 460/1 ، ارتفاع ساختمان است . مهندسی ساختاری برای پروژه ، با ادارة هوستون و کمک والتر پی مور و همکارانش ، صورت گرفته یک سیستم جدید ، از قابل بندی کف ، که یک سیستم تیرمرکب و کوتاه (‌تحلیل رفته ) نامیده می شود و قبلاً برای قاب بندی نمونه های اندازه گیری دهانه های 41ft2در 30ft  استفاده می شده است.

این سیستم منحصر به فرد قاب بندی کف ، که در فصل 9 در مورد آن بحث کردیم سعی کرده تا هزینة‌ساختمانها را بطور همزمان کاهش دهد ، یعنی به حداقل رساندن تناژ فولاد ساختاری و ارتفاع کف به کف ( طبقه به طبقه )

8-8-4- اگر چه تجزیه و تحلیل ارائه شده در اینجا ، بر مبنای ساده گرفتن فرضیات است اما اعتقاد بر این است که نتایج با اطلاعات دقیق و کافی بدست می آید ، جهت تعیین کردن مکان بهینة‌تقویت کنندة‌نواری در ساختارهای مرتفع ، کاهش چشمگیر در رانه drift  باد ،می تواند با انتخاب کردن خردمندانة مکانها صورت گیرد .علاوه بر این ، راه حل مناسب با ترکیبات مختلف مکانهای خرپا بدست می آید و باید، انتخاب این ترکیب براحتی صورت گیرد و رضایت مندی بطورهمزمان در ساختار و نیازهای معماری ، حاصل شود .

 9-4- سیستم لوله ای قاب بندی شده :

 معرفی :

ساده ترین روش در طراحی لوله ای (‌را می توان بعنوان یک سیستم ساختاری توصیف کرد ؛این سیستم موجب می شود تا ساختمان یک لوله توخالی هم ارز داشته باشد در حال حاضر 4 تا 5 ساختمان در دنیا وجود دارند که بلندترین ساختمانها با سیستمهای لوله ای هستند آنها عبارتند از : برج Sears با 110 طبقه ، ساختمان‌ جان Hancock( کوک)با 100 طبقه و ساختمان  استاندارد نفت با 83 طبقه، همة اینها در شیکاگو هستند ، ولی برجهای مرکز تجارت دنیا با 110 طبقه در نیویورک می باشد . کاربرد پیشین مفهوم ضمنی سیستم لوله ای ، اعتباری است برای دکتر Fazlur( فازلور خان ) که مهندسی معماری Merrill , Owing , Skidmore بوده ، کسیکه ، اولین بار این سیستم را در یک ساختمان آپارتمانی 43 طبقه در شیکاگو، معرفی کرد .

سیستمهای لوله‌ای، بسیار کارآمد هستند ؛ در مواردیکه مقدار مواد ساختاری مورد استفاده جهت استفاده در ساختمانهای قاب بندی شده بطور متداول قابل مقایسه می باشند ، یعنی مقایسه با ساختمانهایی که نصف این طبقات (42) هستند ؛ این ساختمانها با جستجوی مداوم و پیوسته ،گسترش یافته بوسیلة‌مهندسی سیستم برای مسائل اقتصادی وایمنی ، این سیستم برای طراحی ساختمانهای مرتفع ، قابل استفاده است. با بررسی و برآورد این سیستم ، لوله ها در سیستم جانبی ساختمانهای بلند ،؛ قرار گرفتند و طراحی قاب بندیها ، تشکیل شده از ستونهای عمودی ، مسیرهای عمودی ، همراه با تیرها و فاصله بندی تیرهای مرکب بین اتصالات ، اگر نیاز به دیوارهای برش عمودی و یا خرپاهای قرار گرفته در هستة ساختمان پاشده انواع مختلف مهاربندی زانویی ، بکار گرفته می شود . علاوه بر این از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است تقویت کننده ها (‌خرپا ) نواری ،؛ در پیرامون ساختمان احاطه شده و بست ها ( اعضای سازنده ) بطور استراتژیکی در سطوح مختلف ، قرار گرفتند نیروی مشترک ستونهای خارجی درپایداری بارهای جانبی تأثیر دارند . وضعیت یا رفتار لوله ای ، در دامنة تغییرات نسبی کاربرد قاب بندی و سیستمهای خرپای هسته ، گسترش یافتند ، اما، حرکت رادیکالی درعملکرد ساختاری فقط زمانی رخ می دهد که ساختار بر مبنای پیرامونی یا محیطی بوده و تیر سر آزاد ، سه بعدی باشد .

معرفی سیستم لوله ای برای پایداری بارهای جانبی ، موجب انقلاب در طراحی ساختمانهای مرتفع است . همة ساختمانهای مرتفع اخیر که دارای 50 تا 60طبقه هستند از سیستم لوله ای ، استفاده کرده اند . این سیستم کوشش می کند تا یک ساختار دیوار مانند سخت ، در اطراف قسمت بیرونی ساختمان ایجاد  کند . در یک لولة قاب بندی شده ، این مهم با فاصله بندی نزدیک ستونها و ترتیب Spandrel عمیق در اطراف محیط ساختمان بطور کامل ، بدست می آید . زیرا بار جانبی کامل ، با قاب بندی پیرامونی پایدار می شود ، طرح داخلی کف ( طبقه ) بدون مهار بندی هسته و ستونهای بزرگ ، محیط و یا ناحیة  قابل اجارة خالص را برای ساختمان نگهداری می کند و افزایش می دهد بنابراین ، با سبک و سنگین کردن این عقیده ، داخل ساختمان تاحدی بوسیلة حضور ستونهای بزرگ بیرونی ، محدود شده است . ماکزیمم کارآمدی برای استحکام جانبی و سختی یا سفتی ، استفاده از دیوار بیرونی البته به تنهایی است همانند  عنصر پایداری در برابر باد ، که با ساختن عملکرد کامل ساختمان ؛ حاصل می شود ، مانند یک لولة‌توخالی تیر سرآزاد ، خارج از زمین ، پس ساختار می تواند از طریق ، یک تیر سرآزاد باحفره های سوراخ شده برای پنجرة صورت گیرد.

نیاز ضروری به ایجاد کردن یک ساختار دیوار – مانند است که ستونها بر مبنای بخش بیرونی و نزدیک به هم قرار گیرد و از تیرها Spandrel‌ عمیق برای اتصال ستونها بایکدیگر استفاده کنند ساختار بهینه ، آزمایش های مختلف را کاهش می دهد و فاصلة‌بندی ستونها و قطعات با یکدیگر تناسب دارند . علاوه بر این ، رفتار یا وضعیت لوله ای ، با قرار دادن ستونها 5 تا 10 ft به دست می آید ، یعنی 15 ft همراه با عمق محیطی که از 3 تا 5 ft ، تفاوت دارند . سیستم لوله ای ، می تواند با بتن تقویت شده ، فولاد ساختاری و یا یک ترکیب دو تای ، ساخت مرکب با درجات مختلف ، ساخته شود . لوله ، در ساخت های مرتفع به کار می رود زیرا حداقل ساختار محیطی برای استحکام جانبی و سختی ، بطور همزمان با گرایش هایی در فرمهای معماری سالهای اخیر ، تطبیق ، انجام می گیرد.

متد بدست آمده از وضعیت لوله ای ، با استفاده از ستونها ، متصل و نزدیک به مرکز بوسیلة Spandrel عمیق ، حاصل می شود .

یک روش مختلف دیگر فاصله بندی بزرگتر ستونهایی هستند که به آنها تصور یکی (‌مفهوم ضمنی ) لوله مهار بندی شده می گویند ، این یک نوع مهار بندی K بر مبنای محیط یا پیرامون ساختمان نسخة دیگر لولة مهار بندی شده ، متری است که به پنجره در یک الگوی سیستماتیک نفوذ کرده برای کسب استفاده از دو یا چند لولة‌متصل بیکدیگر ، برای یک فرم یا شکل لولة انبوه شده بالاخره اینکه ، ایدة مهاربندی داخلی لوله ها ، موجب دستیابی به عملکرد لوله ای می شود در این بخش راجع به سیستم لوله ای قاب بندی شده صحبت خواهیم کرد و سیستمهای دیگر را در بخش های بعدی توضیح خواهیم داد .

2-9-4- وضعیت لوله ای قاب بندی شده :

 برای درک و استنباط وضعیت یک لولة‌ قاب بندی شده ، یک ساختمان 50طبقه‌ای مربعی شکل را در نظر میگیریم که در تصویر 36-4 مشخص شده و از ستونهای بیرونی آن فاصلة‌نزدیکی بیکدیگر دارند . تصور کنید ، ستونهای داخلی فقط برای  ، ثقل بارگذاری طراحی شده اند ، و این به پایداری بار جانبی کمک می کند که ناچیز است . سیستم کف یا طبقة نوع دیگر از سیستمهای مهار بندی جانبی است که به عنوان دیافراگم سخت ، بارباد را برای عناصر مختلف توزیع می کند طبق سختی و محکمی آنان . کمک آنان به پایداری جانبی خارج از عملکرد سطح است و در نظر گرفته نمی شود بنابراین ، سیستم پایداری بار جانبی را فقط در بر دارد و همینطور ستونهای پیرامونی و تیرهای محیطی متصل به گشتاور .

 در یک لولة متناسب ، پایداری اولیه برای بار جانبی ، با خمش کلی لوله ، فراهم می شود که کشش و نیروهای فشرده را در بادگیر لوله و نیروی بادپناه معرفی میکند ستونهای مجزا و Spandrels بر مبنای محیط یا پیرامون می تواند بطور ریاضی برای توازن یک عنصر مداوم و پیوسته دیوار ، در نظر گرفته می شود مدل ریاضی ، بنابراین برای لولة توخالی مربع ( چهار گوشه ) هم ارز است ، زمانیکه در معرض نیروهای جانبی باشد .توزیع تنش یا استرس ، در تصویر 37-4 نشان داده شده .این آنالوگ ساده است یعنی این که وضعیت یا رفتار ساختمان لوله ای تجسم شود یعنی دارای فرم یا شکل طرح است مثالهایی از توزیع استرس برای شکل های مستطیل ، دایره و مثلث وجوددارد که در تصویر 388-4 نشان داده شده است .

رفتار یا وضعیت لوله ای ، مجاز به این آزادی است تا از فرم طرح ساختمان با مهارت استفاده کند بدون اینکه کارآمدی ساختار کاهش یابد سازماندهی سخت و یا شدید فاصله بندی طاق نما راست گوشه (‌قائم ) نیاز به انواع دیگر سیستمهای مهار بندی جانبی دارد .

تقریباً‌هر شب یاطی یک شبانه روز ، یک سیستم جدید ، ابداع شده است . فقط در اینجا ، دیسپلین برای وضعیت لوله ای، ضروری است و ساختار مداوم ، در اطراف بیرون ساختمان به فرم نزدیک بهم . کارآمدی مستقیم ، مستقیماً با هندسة شکل ها ، مانند نسبت عمق به پهنای کلی و نسبت ارتفاع به پهنا ، ارتباط دارد . تصویر 39-4 برخی از شکل بندیهای بدون لوله را نشان می دهد که ، بطور موفقیت آمیزی در طراحی ارتفاع های بلند مورد استفاده قرار می گیرند .اگرچه ، اصطلاح سادة وضعیت لوله می تواند با تیرسر‌آزاد توخالی ، مقایسه شود ، در واقع واکنشی به بارهای جانبی است در یک روشی که عملکرد کلی مشابه خمش تیر سر ازاد است ، به علت کوتاه شدن ستونهای باد پناه و قابلیت طویل شدن ستونهای بادگیر ، علاوه بر این دفرمه شدن برش که در نتیجة خمش محلی (‌بومی)‌ستونها و Spandrel بدست آمده . اصول کلی کارآمدی سیستم لوله ای برای یک سیستم مهاربندی طراحی شده که حداقل نوع برش دفرمه را ، حذف می کند ، بنابراین ، برج بعنوان یک خمش کلی بطور ضروری ، مانند تیر پیشامدگی می باشد . در چنین سیستمی ، صرفه جویی در مواد داریم، برای پذیرش کامل رانة‌باد قاب بندیهای مهار بندی شده در یک سطح دیوارهای بیرونی واقع شده اند و یک سیستم کارآمد را به وجود می آورند . برای حمل بارهای جانبی ، زیرا سیستم بطور ضروری نوع برش دفرمدار ، را حذف می کند یک لولة‌قاب بندی شده می تواند با روش کارآمد یک لولة مهاربندی شده ، ساخته شود ، اگر مواد را در اطراف پیرامون و محیط بطور مداوم ، توزیع شود . در این مفاد ساختار قاب بندی لوله ای خیلی کارآمد می تواند بعنوان یک دودکش بلند باد ، دهانة سوراخ برای پنجره ها ، مجسم شود . بطور کلی ، ستونها بطور متقاطع ، برای عملکرد مسیر باد فشرده شده کشش و بال های ( تیرآهن ) یک تیر صندوقه ای ، قرار گرفته‌اند، در حالیکه قاب بندی موازی برای عملکرد مسیر باد در جان تیرها ، صورت گرفته است .

3-9-4- پدیدة تأخیر (lag) برش :

یک لوله ، برای ساختمان بلند ، ترجیح داده می شود تا همانند تیرسرآزاد واقعی باشد و پایداری کلی نیروهای جانبی را در دیوارهای خارجی ( بیرونی ) ، اعمال می کند . نزدیکترین ساختار برای یک لولة کامل ، از یک سیستم دیوارهای پیرامونی تشکیل شده اند ، بدون هرگونه قطع شدگی ، یک ساختار صندوقی توخالی ، با چنین سیستمی در تصویر a40-4 ، نشان داده شده ، تصور کنید ، وضعیت این ساختار را ، زمانیکه در معرض بارهای جانبی قرار گرفتند به دلیل ایده های ثابت و تثبیت شده فرض می کنیم جعبه یا صندوق تو خالی ، یک ساختمان فولادی 50 طبقه را معرض می کند با ارتفاع کف به کف (‌طبقه به طبقه ) با 13ft ، که یک ارتفاع کامل از 650ft را برای 50 طبقه ارائه میکند .

 فرض کنید ، ساختمان مربعی شکل است ، بایک طرحی ا ز110 بعد با 110ft این ساختار برای مهندسان ساختاری شناخته شده است ، برای یک ساختمان 50 طبقه فولادی که کمیت واجد فولاد ساختاری شامل شده از نیاز به ثقل ، در دامنة 22 تا 24 Psf، مربوط به محیط یا ناحیة قراص gross ( معادل 12 دوجین = 144 عدد ) مربوط به ساختمان از روی محافظ کاری ، و بطور مثال ، ساختمان در تصویر 40-4 با 24psf نشان داده شده با ساختار فولادی که برای مهار بندی جانبی ساختمان در دسترس است مهمترین روش کارآمد ، استفاده کردن از این مواد است با در نظر گرفتن بارهای جانبی که محیط پیرامونی ساختمان را تحمل می کنند این را می توان با محاسبات ساده نشان داده ، ضخامت هم ارزی تحمل دیوار فولاد برای اینکار15in است

فولاد کامل قابل دسترس برای مهاربندی                 Ib 000/520/14=50×110×110×24=

محیط پیرامون دیوار                                                              000/286=650×110×4=

ضخامت هم ارزی دیوار                                           -- =4/3×000/286/000/520/14=

در مقایسه با ابعاد طرح ساختمان ، می توان بعد 15in را برای دیوار که نسبتاً کوچک است ، مشاهده کرد ، ارائه کردن طول به نسبت ضخامت 88:1 ‌است  بدلیل این ویژگیها ، ساختار دارای یک تمایل برای داشتن تیر دیوار دار – نازک (‌باریک ) هستند در یک تیر دیواردار – باریک ، استرس های برش و تغییر شکل ها ، نسبت به تیر جامد ، بزرگتر می باشند و این اغلب در نتیجة دفرمه شدن برش بزرگ با تأثیر چشمگیر تغییر شکل برش بزرگ است که فرضیة معمول و متداول از تئوری خمش مهندسی استفاده می کند . این فرضیه ، بیان می کند که بخش های مسطح قبل از خمش ، مانند بخش های مسطح باقی می مانند یعنی بعد از خمش در سراسر مقطع عرضی این فرضیه معروف به فرضیة برنولی است و شکل آن از روابط ریاضی مفید در مکانیک مهندسی ، استفاده کرده است .هر چند ، در ساختارهای دیوار دار ، باریک ، تغییر شکل برش های بزرگ موجب مسطح شدن بخش یو شکل شده ، می شود برای ساختار جعبه یا صندوق تو خالی ، عنصر E بر مبنای یو شکلی یا کجی نمای (‌تیر آهن ) است که در تصویر C40-4 نشان دده شده ، پیامد نهایی  بطور کلی ، سطح صاف انحراف مقطع عرضی در تصویر 41-4 نشان داده شده ، بدلیل این انحرافات ، توزیع سادة استرس ، با تئوری مهندسی ، خمش ، بمدت طولانی قابل اجرا نیست . استرس های خمش ، برای فاصله از محور خنثی بخش یا مقطع ، متناسب نیستند . استرس یا تنش در مرکز « تأخیر » بال ها (تیر آهن ) نزدیک جان تیر است . و این بدلیل کمبود سختی برش پنل دیوار است این پدیده ، بعنوان تأخیر برش شناخته شده است و نقش مهمی را در طراحی ساختارهای مرتفع بر این پدیدة تأخیر برش ، روش خوبی است اجازه دهید تا نگاه نزدیکتری به ساختمان مرتفع فرضی داشته باشیم . دریک ساختمان نرمال و متناسب فولادی متد معمولی قاب بندی برای ثقل بارهای ضروری اشت که ستونهای داخلی در اطراف هسته جهت نگهداری فاصلة تیرهای کف در محدودة اقتصادی 35 تا 45ft ، قرار می گیرند . ثقل ستونهای داخلی و تیرهای کف یا طبقه در حدود از فولاد کلی موردنیاز برای ساختمان است بطور مثال این ساختمان ، کارآمدی در کمیت واحد قابل دسترس فولاد ، برای تحمل کردن دیوار دارد ، بنابراین برای 16pdf ، یکسان است ، کارآمدی در ضخامت هم ارزی دیوار لوله ای برای 10in کاهش می یابد ، همراه با افزایش مناسب در تغییر شکل برش انحراف توزیع خمش استرس ، از بخش پیش بینی شده بر مبنای پایه و اساس بخش های مسطح ، شدید تر است . یک ساختمان مرتفع در عمل ، دارای انطباق یاهمراهی نفوذها در دیوار بیرونی است ،برای دلایل مختلف ، کارآمدی و ترکیب یا تلفیق تحمل کردن دیوار ، بدلیل این نفوذها ، تقریباً و بطور مستقیم ، کاهش می یابد . چندین فرمول ساختاری که جهت کسب عملکرد لوله‌ای با حداقل تأثیر تأخیر برش، متداول هستند ، ابداع شده که هنوز در جستجوی نفوذ یارخنة پنجره ها است . یک متد ، فقط سوراخ کردن حفره ها در دیوارهای سخت بیرونی در مدت زمان مشخص است . درواقع ، نفوذهای دایره ای ، برای پنجره ها در دیوارهای لوله ای بیرونی ، فراهم می شوند که از 50طبقه ، 600ft در برجی در هنگ کونگ ، استفاده کرده اند ضخامت دیوار بیرونی این ساختمان بتدریج از پایه به سقف کاهش می یابد از 15 به 6in .

 4-9-4- شکل های لوله ای نامنظم :

 در دهة 1950 و 1960، ساختمانها به فرم مثلث منشوری شکل ، بودند . اینها امروزه به این شکل نیستند و شکل خمیده یا منحنی ، با یک تغییر در زیبایی و دقت و ظرافت ،بهبود یا اصلاح شده و برمبنای فرم های طرح مناسب ، قرار گرفته با در نظر گرفتن همة جوانب ، در اکثر مثالها و نمونه ها ، این شکل ها ، متمایز شده و بطور عمودی هستند و دیده و یا تصویر زیبایی دارند . سیستم لوله ای که در ساختمانهای سادة منشوری ، مربوط به دهة 1960 بودند ، امروزه ادامه دارد و به اصطلاح به آن پست مدرنیسم و یا neo rationalist ( توجیه منطقی جدید ) می گویند که تمایل به شکل های نامنظم دارد و از ویژگیهای اصلی سیستم لوله ای برای انجام دادن نیازهای ساختاری فرمهای ساختمان های قراردادی ، استفاده می کند . طرح شکل بندیها، برای ساختمانهای بلند ، بنابراین نیاز به محدودیت شکل های منظم ندارد .زیرا ، سیستم لوله ای قاب بندی شده ، با استحکام و سختی در عملکرد قاب بندی ستون تیر سخت ؛ بوجود می آید ، هر نظم و ترتیب معقولانة طرح انجام شده می تواند عناصر ستون و تیر را در اطراف و پیرامون ساختمان به کار برد ،؛ بدون اینکه نیاز جدی به کار آمدی باشد ، هرچند ، تغییرات سریع در سطح نمای لوله ای ،از عملکرد لوله با کارآمدی کمتر ناشی می شود ، زیرا برش باید از اطراف گوشه ها (‌کرنر ) و منحصراً از طریق کوتاه شدن محویر ستونها ، حاصل می شود . اگرچه ، شکل دادن فرم طرح ساختمانهای بلند و مستطیل ، مربع ودایره ای شکل و شکل های منظم دیگر ،ضروری نیست اما این نکته ضروری می باشد که هر شکل بدون – فرم ، می تواند فشرده و پروفیل (‌نیمرخ ) بسته تری داشته باشد ، جهت کار آمد سیستم لوله‌ای فرمهای فشردة طرح می توانند در یک ساختار و شکل های توصیف شوند که دارای تعداد کافی از دهانة ستون در جان تیر و بخش های بال (‌تیر آهن ) مربوط به سیستم لوله ای هستند.

معمولاً ، اینکار زمانی حاصل می شود که طرح نسبت جنبه بزرگتر از 5/1 نباشد . شکل های امتداد یافته ،با نسبت های جنبة طرح خوب ، در 5/1 اضافی ، احتمالاً از سه نقطه ضعف رنج می برد :

1) شکل امتداد یافتة طرح ، بدلیل ناحیة آشکار شدة بزرگ که همانند یک بادبان بزرگ مقدار زیادی از بارهای باد را جمع آوری می کند ،

2)این نیروهای بزرگ ،‌مشکل طراحی ساختاری را نمایش می دهد ،زیرا قاب بندیها بر مبنای نمادهای باریک ساختمان هستند و معمولاً برای فراهم کردن پایداری برش مورد نیاز ، کافی نیستند .

3) عملکرد لوله ای کارآمد که برای کسب شکل های امتداد یافته ، دشوار هستند زیرا پدیدة تأخیر برش ، خیلی بیان شده است

این مشکلات ، منحصر به فرد نیستد و شکل های بدون فرم بطور یکسان برای شکل های مستطیلی امتداد یافته بکار گرفته می شوند . بدلیل طول نسبتاً زیاد قاب بندی بال ( تیرآهن ) ، برش در تیر Spandrel در مکانهای دور از کرنر ( گوشه ) در نظر گرفته می شوند و مقدار آنها در قاب بندی جان تیر است

 شرکت اندک ستونهای بال ‌(‌تیرآهن ) ، در پایداری لنگرگاه واژگونی ، بعلت کاهش یافتن کارایی سیستم است که باید در نظر گرفته شود .

5-9-4- سیستمهای لوله ای با جابجا سازی ( امنیت ) ستون :

در جستجوی ایجاد کردن فرم جدید وحذف محدودیتها و داشتن یک شکل مطلوب در ساختمانها ، موجب بوجود آمدن آسمانخراش ها شده ،معماری اغلب با شکل ساختمان ها رخ می دهد و اینها نیاز به جابجاسازی و یا متعادل سازی بخش های مختلف دارند ، در غیر اینصورت شکل منظم است بطور مثال این فرم طرح در تصویر 42-4 نشان داده شده در تصویر a 42-4 ، هندسة‌پایه ، با متعادل سازی دو – چهارم ، دایره در مرکز ، بوجود می آید فرم یا شکل طرح ، در تصویر b 42-4 ،‌توسط جابجا کردن یک مستطیل امتداد یافته با انتهای نیمدایره‌ای ، بدست می آید شباهتهای دیگر شکل های طرح ، در اینجا متداول هستند انگیزش یا ترغیب معماری شکل این است که متعادل سازی صورت گیرد و به تأکید عمودیت ساختمان کمک کند و به کرنر (‌گوشه ) بیشتر اداره (‌اتاقها ) کمک کند از یک حس ساختاری، این شکل های می توانند هنوز ، بعنوان فرم لوله ای در نظر گرفته شوند ، بشرطی که ریتم فاصلة‌ نزدیک ستونها و Spandrel عمیق ،در پیرامون و محیط نگهداری شود ، هر چند ، در مکانهای متعادل سازی ، استرس ها در ستونها ، تاحدی با ، به اصطلاح عملکرد قاب بندی ، استرس است که بوسیلة‌بدنه ها در مکانها به وجود آمدند ، جاییکه شکل ناگهان تغییر می یابد استرس های عمودی در ستونها، از دو عملکرد مجزا تشکیل شده اند .یکی از عملکردها ؛ نتیجة استرس ها محوری است بعلت خمش کلی لوله ، وعملکرد دوم ، عملکرد قاب بندی محلی است بین ستونها در نماهای متعادل سازی استرس کامل در ستون در متعادل سازی ، با انطباق دو عملکرد به وجود می آید .

 این مطلب در تصویر 42-4 ،‌توضیح داده شده است .

 برای دستیابی به ایده های دیگر ، فرض می کنیم که ، ساختارهای لوله ای در تصویر a42-4 , b نشان داده شده و لوله های کامل و تأخیر برش ، بعلت خمش ستون  Spandrel; است و محل پیوستن چرخش ها ،‌نادیده گرفته می شود عملکرد باد  بر مبنای نمای وسیع تولید شدة‌خمش در محور x-x است بعلت بار باد ، ستونهای B,A که بر مبنای باد پناه لوله هستند در معرض فشار واقع شدند در حالیکه ستونهای D,C که بر مبنای بادگیر هستند ، در معرض کشش واقع شدند بخشهای AB‌و DC ، مربوط به لوله در معرض عملکرد دوم یا ثانویة خمش هستند در محور 1-1 و 2-2 که در تصویر 2-4-4 مشخص شده اند ستونهای مجاور ، برای این بخش ها ، تجربة استرس های اضافی محوری دارند که با امتداد پیوستگی ساختاری در نماهای ساختمان به وجود می آید ستونهای B,A در حالیکه در حدود محور 1-1 خم شده‌اند یا دچار خمش شده اند ، در معرض فشار و کشش هستند . البته به ترتیب خمش ثانوی یا دوم ، تمایل به افزایش استرس یا تنش فشرده در ستون A‌دارد ، در حالیه در ستون B‌تمایل به کاهش داریم . بار ناشی شده بر مبنای ستون B، احتمالاً هم دارای فشردگی (‌تراکم) و هم کشش است و این بستگی به طرح اولیة جغرافیایی لوله و سختی بین عناصر متفاوت دارد .یک رفتار مشابه در امتداد نمای CD متعادل سازی مشاهده می شود .

لنگر واژگونی کامل ، بادو عملکرد مجزای لوله ، پایدار می شود عملکرد اول یا مقدماتی ، مطرح شدن عملکرد لوله با ، ستونهای فاصله دارند نزدیک و تیرهای Spandrel متصل – گشتاور می باشد . پایداری دوم ، فراهم کردن عملکرد قاب بندی جزیی مربوط به ستونها ، در امتداد و نمای متعادل سازی است که تمایل به خم شدن دارند در محور خمشی محلی 1-1 و 2-2 قاب بندیهای AB و CD‌اصطلاحات مقدماتی و ثانویه ،

 در اینجا ، برای تشخیص دادن و دو عملکرد استفاده شد و ضرورتی نیست که یکی بر دیگری مسلط یا ترجیح داده شود مثلاً‌ساده و راحت است که خمش ستونهای CD , AB‌در محورهای 1-1 و 2-2 مشاهده کنیم با پایدار مسلط ، اگر ما فرض کنیم ، این ستونها با یک مهار بندی قطری سخت ،متصل شده اند و در جای دیگر Spandrel ، از طریق لوله ، نسبتاً‌خمیده شدند . این مدل تحلیلی، خمشی در حدود 1-1 و 2-2 تولید می کند که پایداری مهمترین چیز است ، در حالیکه خمش کلی لوله در محور x-x‌احتمالاً‌بازدة چشمگیری در پایداری ندارد .

 تصویر 43-4 محاسبة نیروهای محوری بدست آمده از طریق ساختمان لوله ای 42 طبقه با متعادل سازی ستونها ، نشان می دهد واضح است که توزیع استرس ها ، در امتداد بادگیر و ستونهای بادپناه ، یک ترکیب از دو عملکرد است که قبلاً‌توضیح دادیم یک متد حداقل برای خمش ثانویه وجود دارد که از انتقال تدریجی در طرح اولیة ستونهای ساختاری و Spandrels در نماهای متعادل سازی بوجود می آید در عوض سفتی یا سختی ، در معماری همواره در نظر گرفته می شود ، با یک طرح اولیة‌ساختاری و ریتمیک در پیرامون ساختمان و احتمالاً مزیت آن ، حذف ستونهای D,A و ادامه دادن عملکرد لوله ای در سراسر تیرهای مرکب داخلی است همانطورکه با خطوط نقطه چین در تصویر 43-4 ‌نشان داده شده است این سیستم یک فرصت را برای حذف کردن برخی ستونهای کرنر (‌گوشه ) بوجود می آورد و موجب ساختن کف مسطح می شود که بسیار مطلوب است .

6-9-4-انتقال ستون در ساختمانهای لوله ای :

 طراحی لوله ، با ویژگیهای آن و ستونهایی که فاصله بندی نزدیک دارند ، اگرچه کارآمد هستند در ساختار معماری ، اما مسائل یا مشکلاتی را در پایه و اساس دارند ، بطور مثال و بویژه ، معماری جدید ، گرایش به خلق کردن یکسان ساختمانها در سطح خیابان دارد و متداول است که آن ساختمان مدخل یا ورودی خوبی داشته باشد . لوله های قاب بندی با فاصلة نزدیک ، بطور نمونه دارای ستونهایی با 10 تا 15ft هستند ، و نیاز به یک راه حل ساختاری دارند که برخی از ستونها را حذف کند مورد دیگر اینکه نیاز است تا ستونهای سطح – زمین حذف شوند و بارهای ساختمان ، کاهش یابد .

فضای باز – پهن در سطح زمین ، اغلب به نظر مالکان مطلوب است ، خصوصاً‌زمانیکه سطوح کمی از ساختمان برای نگهداری این فضاها، طراحی می شوند . بطور عملکردی ، فضای باز در سطح زمین در بخش زیرین و پایین ساختمان است و احتمالاً نیاز به دلایلی است که از این فضاها بعنوان پارکینگ خودروها ، استفاده شود ساخت – زیرین زمین ساختمان مرتفع باید برای استفاده از پارکینگ باشد و نیاز است که برخی از ستونهای ساختمان خذف شوند .

تعداد راه حل موجود برای انتقال ستونها در سطح زمین و مهمترین آنان ، انتقال تیر مرکب وانتقال تکنیک های تقویت کننده است عملکرد مطلوب معماری بستگی به متدهای دیگر دارد، مانند عملکرد آرک که احتمالاً عملی متناوب است اگرچه ، در مقایسه با یک تقویت کننده (‌خرپا) تیرهای مرکب صفحة فولادی ، نیاز بیشتری به فولاد دارد ، اینها مزیتهایی دارند و یک سیستم سخت را در محدودة عمیق تعیین شده و محدودیتهای خمیدگی ، ایجاد می کنند . در یک لولة قاب بندی شده با ستونهایی که فاصلة نزدیک دارند ، می توان ساختار خیلی کوچکی را با عملکرد تقویت کننده مربوط به قاب بندی نمای کلی ، انجام داد . احتمالاً ضروری است از حمایت های موقتی در پایة ستونهای کوتاه شده استفاده کرد تا زمان کافی برای تعداد Spandrel  باشد که در نما ، عمودی هستند و بار مرده را حمل می کنند ، ساخت بارها بدون استرس اضافی قطعات یک ایدة صحیح مربوط به شمعک زنی یا شمع بندی می باشد که می تواند در یک ساختار با ارتفاع متوسط در حدود 30 طبقه بکار گرفته شود . این مورد در تصویر 4-4-4 مشخص شده است .

شمع بندی ؛ تشکیل شده از دو ستون فولادی که بطور افقی و بطورمورب مهاربندی شده‌اند صفحات فولادی در پایه به طور موقتی به فرم شمعک زنی استفاده می شوند و متکی به بستر یا لایة ماسه ای هستند که شامل یک پیوست یا ضمیمة فولاد است فاصله پرکن ها (‌Shim) در بتن ته (‌پایین ) تیرهای مرکب و بالای ستونهای موقت ، استفاده می شوند ، برای جبران کردن هر بی نظمی و یا ته نشینی  ماسه ها .

 زمانیکه قالب بندی فولاد ، کامل می شود ماسه از جعبه ها رها شده جهت بار در انتقال دادن تیر مرکب اگر شمع بندی در مکانی صورت بگیرید ، میزان بارگذاری بر تیر مرکب می تواند با مهارت کمیت ماسة‌جابجا شده از جعبة‌فولادی کنترل شود در مواردی ، زمانیکه انتقال بسیار شدید است ، نیاز به حذف تعداد زیادی از ستونها است ، یک یا دو طبقه خر پای انتقال عمیق ، احتمالاً راه حل بهینه را فراهم می کند .این راه حل ، هماهنگی فعال را در بین معمار و مهندس ، بوجود می آورد .

 تیرهای مرکب فولادی و یا خرپاهای محیطی بطور مورب ، یک متر از جمع آوری ثقل محوری و بارهای باد از فاصلة‌نزدیک ستونها ، فراهم می کنند ، هرچند ، حذف یا جابجایی ستونها ، با محدودیت صورت می گیرد ؛ در محدودة قطعات کم و اغلب مشکلات ساختاری در عناصر بین فونداسیون و سطح انتقال وجود دارد بطور طبیعی این ، با هستة ساختمان و با استفاده از قاب بندیهای مهار بندی شده و یا دیوارهای برش بتنی تقویت شده ، بوجود می آید  برخی اوقات پایداری برش دیوارهای بتنی ، با صفحات فولادی طراحی شده تکمیل می شود جهت عملکرد مرکب با دیوارهایی در سراسر جوش تیرهای چوبی جوشکاری شده دارند . یک دیافراگم سنگین در سطح انتقال برای تحویل نیروهای برش از ستونهای لوله ای به دیوارهای هسته ، نیاز است . بطورطبیعی ، سطح زیرین –زمین ، انتقال نیروهای بزرگ برش را برای دیوارهای پی با انتقال دادن برگشت بار از دیوارهای هسته،‌امکان پذیر می سازد .برای دیوارهای پی و مجدداً ، از طریق عملکرد دیافراگم کف یا طبقه برای به تصویر کشیدن این اهداف ، ساختار لوله ای درعکس 45-4‌ مشخص شده که از ستونهایی با فاصلة کم یا نزدیک و Spandrel های عمیق ، تشکیل شده ، فرض کنید ، دلائل معماری برای حذف همة ستونهای زیرین و طبقة‌دوم ، وجود دارد البته به استثنای 4 ستونی که در مرکز هر نما قرار گرفتند . لنگر واژگونی بعلت بارهای جانبی است که می تواند با یک سیستم فشردة‌محوری و نیروهای کششی در ستونهای لوله ای قرار بگیرند در تصویر 46-4، آنرا مشاهده کنید بطور طبیعی اقتصادی نیست که انتقال برش کلی باد ، فقط در تعداد اندکی از ستونهای زیرین باشد و در سطح انتقال دیوارهای برش و یا قالب بندی  مهار بندی شده در اطراف پله و آسانسورها قرار گرفتند و یک سیستم عالی را برای پایداری نیروهای برش فراهم می کنند . در تصویر 47-4 ، نیروی برش در سطح انتقال ، بین 4 ستون توزیع شده و هسته در مرکز ساختمان واقع شده توجه کنید که محدودة‌هسته داخلی در سطح انتقال است و بنابراین در معرض خمش گشتاور در این سطح نیست هر چند این مقدار بزرگ از برش جمع آوری شده بدلیل فشردگی تراکم در ستونها ، پایداری برش آن ، بطور نمونه خیلی بزرگ است یک مسیر بار ، نیز برای انتقال دادن مقدار بزرگی از برش در سطح انتقال ، لازم است و در ساختمان قالب بندی شده با فولاد طبیعی است که مهار بندی قطری در سطح انتقال کف ، فراهم شود . در ساختمانهای بتنی نیاز به بتن اضافی و تقویت در سیستم دال ( صفحة بتنی ) است .

10-4- سیستم لوله ای تقویت کننده (‌خرپا ):

 سختی یا استحکام لولة قالب بندی شده در سختی یا محکمی اتصالات ، بین ستونهایی که فاصلة کمی دارند و Spandrel های فولادی ، نیاز به جوشکاری است و یا اینکه نیاز به اتصالات نواری مستحکم در محل پیوستگی ها ساخت و تولید این پیوستگی های محکم ، احتمالاً مانع از استفادة‌آنان می شود بدلیل هزینة آن اگرچه مفهوم ضمنی ساخت کارگاه یا « بخش های یا قسمتهای درخت » تشکیل شده از دو یا سه طبقه ارتفاع با بخش های ستون و دهانة وسیع که حداقل هزینه را دارند موانع دیگر این است که حتی با اتصالات سخت لولة قاب بندی شده  تا حدی انعطاف پذیر است.

استرس های برش های بالا در پنل های موازی دیوار ، برای باد نمی تواند به طور موثری در اطراف کرنرهای ( گوشه ها ) لوله با کناره های عمودی برای باد‌، انتقال یابد . جهت ماکزیمم کارآمدی و کفایت لوله باید به بارهای جانبی با یک تیر سرآزاد خالص ، واکنش نشان دهد که همراه با فشار و نیروهای کشش است برای پراکندگی یکسان در نمای بادگیر و بادپناه لولة قاب بندی شده ، مشابه یک لولة دیوار دار نازک است با دهانه هایی که برای پنجره ها هستند نیروهای برش تمایل به کاهش یافتن انتقال در اطراف کرنر دارند . در نتیجه ، ستونها در میانة باد پ ناه و بادگیر، نمی توانند فشردگی و کشش را تحمل کنند این تأثیر ، موجب سختی برش می شود و به آن تأخیر برش می گویند ، کارایی ساختاری مربوط به لولة قاب بندی شده ، بطور زیادی با این تأثیر یا اثر کاهش می یابد بدلیل اینکه ، لولة قالب بندی شده دارای محدودیتهایی است ،؛ وقتی در ساختمانهای مورد استفاده قرار می گیرد که بلند تر از 50 یا 60 طبقه باشند ، مگر اینکه برای پنجره ها opening باشند قاب بندی موازی برای باد ، ضروری است در نتیجه گشتاور خمش در ستونها و تیرهای Spandrel (‌محیطی )، با عواملی در طراحی کنترل می شوند ؛ بنابراین نیاز به ستونهای پهن و یا درصد غیر قبولی از فولاد است در ستونها Spandrel علاوه بر این نوسانات کلی جانبی ، فقط در حدود 25%است و این بدلیل عملکرد سرتیر آزاد مربوط به لولة‌قاب بندی شده است ، 75% باقی مانده از توری مشبک قاب‌بندی  و به ترتیب مستقیم از تأخیر برش ، مطرح می شود بدلیل وجود توری مشبک قاب بندی ، ستونها در کرنر ساختمان ، بیشتر از برش بار استفاده می کنند ، در حالیکه ستونها در بین انجام این کار کمتر از لولة‌ایده ال ، بکار گرفته می شوند کارآمدی برای گسترش این سیستم غیر اقتصادی کاهش می یابد . بویژه در ساختمانهای بلند غیر معمولی یک متد غلبه بر این مشکل این است که سختی یا محکمی با قاب بندی بیرونی همراه با قطرها باشد .

سپس این سیستم بطور متداول بعنوان لولة خرپای قطری ستون ، شناخته شده است .مهمترین کارایی عملکرد لوله تقویت شده ، میتواند با جایگزینی ستونهای عمودی با خطرهایی با فاصلة‌ نزدیک درهر دو مسیر ، انجام گیرد ، هر چند این کار موجب پدید آمدن مشکلاتی در اصطلاحات جزئیات دیوار پنجره ، شده بدلیل تعداد زیاد پیوستگی بین قطرها اکثر قطرها کمتر کارایی دارند تا ستونهای عمودی در انتقال دادن ثقل بارها برای زمین سپس آنهارا به اصطلاح ستون قطری و یا لوله مهار بندی را نشان می دهد که یک کارآمدی فشرده است در این سیستم ستونهای خارج بطور جداگانه فاصله بندی شده اند اما برای عملکرد یکدیگر با یک لوله و بوسیلة قطرهای فاصله ای وسیع شناخته شده اند در سطوح ، جاییکه قطرها درکرنرهای ساختمان مواجهه می شوند ، ضروری است تا یک اتصال بزرگ برای محدودیت امتداد یافتگی افقی کف ها را فراهم کنیم ..

یک نمونه از سیستم ساختاری لولة تقویت کننده در تصویر a 48-4 نشان داده شده که 56 طبقه دفر دارد در مرکز شهر دالاس . طراحی توسط Tanner , Ellisor صورت گرفته ، ساختمان از 9/1 میلیون فوت مربع ؛ فضای دفتر و افزایش ارتفاع 710ft ، صورت گرفته است

ستونهای خارجی در فضای 25ft بر مبنای مرکز با ارتفاع کف به کف 6in , 12ft ، تسهیلات اثر متقابل خطری را با ستونها و Spandrel  ، گسترش می یابد دو نوع مهار بندی X، داریم ، هر 28 طبقة بلند ، بر مبنای چهار سو( جانب ) همانطور که در تصویر b48-4 دیده می شود . تشکیل شده مهار بندی قطری ، علاوه بر اینها ، بارهای باد را منتقل می کند و به توزیع ثقل بارها در امتداد ستونهای بیرونی کمک می کند مهار بندی عمودی ، در محدودة لاین شیشه ای برای به حداقل رساندن مشکلات با ضد آتش در ساختار بیرونی عمل می کند و تأثیرات دما را بر فولاد ، آشکار می کند . همة قطعات در قطرها، ستونها ، تیرهای قاب بندی شده بیرونی ، از شکل های مختلف ساخته شده اند ، یعنی ساختی کششی با شکل های w14 ، شکل های w14 ، اندکی به ته یا پایین نزدیک تر بدلیل ناحیة وسیع بخش های قابل دسترس و بدلیل شکل هایی که بعد داخلی اسمی مشابه دارند ، بین بال (‌تیر آهن ) ، بنابراین تسهیلات در جزئیات اتصالات است صفحات قطعات اتصال برای ارتباط برقرار کردن قطری ، ستونها و تیرها ، بطور تقریبی 10ft است پنها و 12ft بلندی دارد . قطرها ، که برای چهار طبقه ساخته شده (‌البته از نظر طول ) جوشکاری کامل را در انتها انجام دادند اتصال جوشکاری شده در یک انتها ، مجموع قطعة اتصال کرنر را کاهش می داده و نیاز به تحمل است مجموع قطعة اتصال کرنر ، نیاز به ساخت چهار صفحه داشته دو تا در هر کدام از دو مسیر

 شاید ، مهمترین مثال جدید بر این سیستم ساختاری ؛ مرکز جان هن کوک در شیکاگو توسط ادارة شیکاگو Skidmore( رأس کیدمور ) ، Merrill , Owings طراحی شده ساختمان 100 طبقه با طرح مثلثی شکل از سطح زمین تا بالا ، بتدریج کاهش می یابد قطر ها ، در زاویة‌45 قرار گرفتند شکل دادن مهار بندی X از هر طرف قطرها ، چند عملکرد دارند ، فعالیت مایل به کجی ستونها ، برای پایداری برخی از ثقل بارها ، جذب کردن اکثر برش باد و سختی و محکمی لوله این طراحی منحصر به فرد ، با استفاده از فولاد با استحکام بالا ، مهندسین را قادر ساخت تا به یک ساختمان 100 طبقه فقط با 29/vps فولادی ، دست پیدا کنند همانطور که برای psf 2-42 و برای ساختمن امپایر استیت 102 طبقه مقایسه صورت گرفته بسیاری از گوناگونی های این نقشة‌اصلی ،‌با دو نمونه به شرح ذیل آمده است میتوان از آن برای مهار بندی با دور ساختمانهای بلند استفاده کرد :

1)     برای مرکز Citicorp در نیویورک ، مهندسی ساختار Willamj.len…(ویلیام جی ) تقویت کننده (‌خرپای ) مثلثی غول پیکر را بصورت نمادهای بیرونی ساختمان ترکیب کرد  این خرپاهای نماها ، نیمی از ثقل بارها را جمع آوری کرده و موجب پایداری کامل بارهای باد، بر مبنای ساختمان می شود . بارهای جمع آوری شده بر مبنای نماها ، کانالهایی هستند بصورت چهار ستون ماسیو (بزرگ ) در پایه .  زیرا برش  پایداری خرپای قوی است نه اینکه قابل دسترس در سطح انتقال یک هستة مرکزی برای پایداری برش های باد ، طراحی شده است . مهار بندی قطری ، درسطح انتقال کف برای کسب انتقال بار برش از قاب بندی لوله ای به هسته‌ای بکار گرفته می شود سیستم ساختاری بطور خلاصه در تصویر 50-4 نشان داده شده است

2)     اخیراً مهندسی ساختار Robert sonL.E (‌روبرت سون )‌، یک سیستم ساختاری قاب بندی مگا اسپیس ، را برای قاب بندی بلندترین ساختمان آسیا بکار گرفته ، این ساختمان ، بانک برج چینی در هونگ کنگ است ساختمانی با شکل منشوری ، که توسط شرکت معماری M.Pei و شرکاء، طراحی شده است و 76 طبقه دارد یک توصیف کوتاه از سیستم ساختاری وجود دارد و آن مقاله ای است که در آگوست سال 1986 در مجلة مهندسی کشوری ASCE چاپ شده است ساختمان به صورت چهار ، چهارم در طرح ،‌تقسیم شده است هریک چهارم ، با ارتفاع مختلف افزایش می یابد و فقط یکی از این 4 تا به طبقة‌76 می رسد . سیستم مهار بندی برای برج در ابتدا بی تجربه بوده و راه حل اقتصادی و استفاده از یک سیستم تقویت کننده فضا برای پایداری بارهای جانبی و وزن کامل ساختمان بکار گرفته شده از بالا به پایین ربع دایره و ثقل بار بطور سیستماتیک انتقال می یابد ، البته خارج از ستونهای کرنر ( گوشة ) ساختمان در طبقة 25( بیست و پنجم ) ؛ ستون در مرکز یک چهارم ، منتقل شده به 4 کرنر بوسیلة سیستم خرپای فضا، که پیوستگی 158ft را برای لابی ( سرسرا) بانک ، فراهم می کند ، جهت کسب پیوستگی بین قطعات مختلف خرپای فضای قاب بندی ، در عوض سه اتصال پیچیدة سه بعدی نیاز به جوشکاری گران دارند ، قطعات برای عملکرد، جداگانه با پیچیدن آنها در ستونهای بتنی تقویت شده با فولاد ، ساخته شده‌اند.بارهای جانبی به سمت پایین حمل شده برای طبقة چهارم، در سراسر سیستم خرپا و ستونهای کرنر در طبقة‌چهارم ، نیروهای برش به سیستم منتقل می شود سیستم دیوارهای مرکب داخلی هسته ، از طریق  فعالیت دیاگرام صفحة فولادی که به طور مرکب با دال ( صفحة بتنی ) ارتباط دار اگرچه اکثر نیروی برش، با دیوارهای داخلی هسته جمع آوری شده ، برای دیوارهایی که دوغاب ضخیم دارند 3ft منتقل می شوند .

فونداسیون برای این ساختمان تشکیل شده از سنگ بستر برخی از صندقة هوا به بزرگی 30ft در قطرهستند یک نقشه از طرحهای کف با یکدیگر با مفهوم مهاربندی در تصویر 51-4 نشان داده شده است.

11-4- ساختارهای لوله ای سلولی :

 یک ساختمان لوله ای و مجموعه ای یا سلولی می تواند مانند یک ساختار در نظر گرفته شود که از یک مجموعه از دو یا چند ساختار لوله ای ، ساخته شده برای عملکرد هماهنگ با یکدیگر این اتحاد یا وحدت بین لوله های مجاور ، می تواند با مجموعه‌آی از لوله ها بدست آید تصویر 52-4 را مشاهده کنید زیرا طراحی مجموعة لوله ؛ از طرح اولیه لوله های انفرادی ، مشتق شده امکان پذیر است که یک تنوع از شکل بندی کف با قطع کردن ساده یک لوله در هر سطح مطلوب بدست آوریم . در موارد ساده ، دو لوله ، بر شکل های طرح منطبق شده که این طرح در تصویر 53-4 مشخص شده است یک مجموع لوله ؛ از یک مربع و یک سلول مثلثی ، تشکیل شده اندکه روش مشابه دارند برای دو مربع و دو سلول مثلثی ،یک مزیت جداگانه ،مربوط به مفهوم مجموعة لوله وجود دارد اینکه لوله های انفرادی ، می توانند در هر شکل بندی تجمع کنند و در هر سطح بدون از دست دادن ائتلاف ساختاری قطع شوند . این ویژگی بدلیل مهندسی و خلق برگشت پذیری با تنوع شکل ها و سایزها است هر چند مزیت دیگر این است که کف ها یا طبقات بصورت سلولهای سبک با یک سری ستون که در پهنای ساختمان قرار دارند تقسیم شده اند اصول ساختار مفهوم مدولار (‌قطعه قطعه ) دارد ، اینکه ردیف های داخلی ستونها وعملکرد‌محیطی Spandrel   همانند جان تیرهای داخلی یک تیر سرآزاد در پایداری نیروهای برشی قرار گرفته اند بدلیل تأثیر تأخیر زیاد بدون اثر سودمندی این دیافراگم داخلی اکثر ستونهای بیرونی را بطرف مرکز ساختمان هدایت کرده و استفادة کمی در پایداری لنگر واژگونی می شود بدلیل فاصلة نسبی از قاب بندی جان تیر ، حتی با تأثیرات تأخیر برش و محیط خیلی سخت و محکم در ستونهای بیرونی سیستم مدولار می تواند ، سیستم لولة محیطی را بسط دهد همراه با قاب بندی داخلی سخت و محکم شده در هر دو مسیر قاب بندی داخلی مربوط به سلول موازی است برای نیروهای برش پایدار باد ، در یک روش مشابه ، که در قاب بندیهای انتهایی و در اوج یاپیک ( استرس های محوری در نقاط محل تقاطع قاب بندی جان تیر ، همراه با قاب بندی بال (‌تیر آهن ) بوجود آمده دیافراگم داخلی ، تمایل دارد که استرس های محوری را بطور یکسان و در امتداد قاب بندی بال (‌تیر آهن ) پراکنده یا پخش کند . تأثیرات تأخیر برش احتمالاً هنوز وجود دارد اما از وضعیت یا رفتار لولة ایده آل مشتق می شود  و بطور قابل ملاحظه‌ای کمتر از زمانی است که قاب بندی داخلی وجود ندارد هر عملکرد لوله ، مستقل است و نمودار از یک پیک در مرکز ، کمتر و کمتر از ارتفاع ها درمرکز هر لوله است تصویر 55-4 را مشاهده کنید علاوه بر این ، کاهش یافتن تأثیر تأخیر برش به قاب بندی داخلی ، کمک می کند جهت خمش استحکام و پایداری سیستم زیرا اکثر قالب بندیها ، برای پایداری بارهای جانبی ، آماده شده اند و فاصله بندی ستونها ، می تواند افزایش یابد ، در حالیکه کارآمدی ساختار را ، حفظ و نگهداری می کند ساختار نهایی با ماکزیمم کارآیی برای بارهای جانبی ،بنظر می رسد با مجموعه‌ای از لوله ها و قطرهای دیوار ، مواجه است سیستم مجموعه‌ی لوله ها ابزاری است که فرم یا شکل ساختمان بی نظم را ، امکان پذیر می کند و احتمالاًنیاز به الزام و محدودیت دارد .

کاهش تأثیر تأخیر در برش ، وضعیت خمش و کشش را بهبود می بخشد . بطور کلی فرم یا شکل سلولی ، دارای مزیت فراوان در پایداری کششی می باشد یک مثال خوب از مفهوم مجموعة لوله در سطح مناطق ، آشکار شده است حالت موجی شکل یا موج دار در بالای ساختمان تأثیر مفید دیگری در کاهش ، دادن ریزش گرداب دارد بعلت آشفتگی بوجود آمده درسطوح بالا برای بدست آوردن عملکرد ساختاری یک مجتمع لوله ، ضروری نیست که دارای ستونهایی با فاصلة کم باشیم که طرح ساختمان را بصورت سلول ثانویه ، تقسیم کرده‌اند.

در اکثر ساختمانا برای کسب عملکرد مساوی و هم ارز ، نیاز به کارآمدی این ستونها نیست . با درج کردن مینیمم تعداد ستونها بین بادپناه و بادگیر مربوط به لوله ، می توان تأخیر برش را کاهش داد .

یک نمونه عالی ، از مجموعه لوله را می توان در برج Sear  با 1454ft مشاهده کرد که بلندترین ساختمان  دنیا است . راه حل ساختاری طرح اولیة ساختمان را تشخیص داده و آن یکسری مدول های مربعی بود ستونهای داخلی در مدول مربعی به استحکام برشدر نقاط بینابین اضافه شده و حداکثر تأثیر تأخیر برش را در اینجا مشاهده می کنیم بنابراین ساختار متمایل به داشتن یک سرتیر آزاد جداگانه در پایداری بارهای جانبی است این برج، یک پایة 225 تا225ft را ، پوشش می دهد و از اجتماع 9 مدول ساخته شده که هر کدام 75ft مربع هستند با ستونهای 15ft جدا شده تصویر 56-4 را مشاهده کنید و.9 لوله جمع شدة برج sear در یک ماتریس 3 در 3 در پایة نظم و ترتیب گرفتند دو لولة کرنر ،در طبقة‌پانزدهم کم شده اند و دو لوله در طبقة‌شصت و ششم اضافه شدند سه قطعی در طبقة نود داریم و فقط دو افزایش کامل 1454ft داریم علاوه بر این طرحهای کف و طبقات دارای ساختاری با مزیتهای گوناگون هستند ، کاهش دادن توده و یا انباشتگی در طبقات بالایی و مهمترین مزیت این برج در منطقة زلزله خیز ساخته شده است .

نمونة‌دیگر ساختمانهای به نام Four Allen Center  (‌فور آلن سنتر ) در مرکز شهر هوستون است در طرح این ساختمان یک راست گوشه (‌قائم ) امتداد یافته با انتهای نیم دایره که باعاد تقریبی آن 110 تا 260ft می رسد و تصویر 4-56b را مشاهده کنید .برج بطرز شگفت انگیزی باریک و بلند است با نسبت ارتفاع به پنها و 0/6 اضافه (‌افزودنی ) شکل امتداد یافتة برج یک نیمرخ از لبة چاقو و خط افق ، ایجاد کرده است اگرچه ستونها در یک طرح منطقی فاصلة نزدیکی دارند 15ft و در امتداد محیط کامل بطور طبیعی جهت کسب یک راه حل لولة قاب بندی شده برای یک ساختمان واین ارتفاع واضح است که باید تجزیه و تحلیل لوله قاب بندی شده خالص ، صورت گیرد مهندسی ساختار Tanner , Ellisor یک مجموعة لوله تغییر یافته توسط قاب بندی داخلی معرفی می کند که کارایی تقسیم ضربی طرح را به صورت 4 شبکة فلزی می نامد تصویر 456b را مشاهده کنید این قاب بندیهای عرضی با تیرهای درختی وافقی شکل گرفتند همینطور همراه با اثر متقابل خرپا ( تقویت کننده ) قطری یک عنصر سه ستون ، از یک ستون هسته و بیرونی قرار دارند این کار تحت تأثیر بوجود آمدن یک عملکرد خرپای Vierendeel بین ستونهی هسته وداخلی است که بطور زیادی سختی برش سیستم را افزایش می دهد

12-4- ساختارهای نهایی با کارآمد بالا :

 جالب است که یادآوری کنیم هیچگونه جهش یا پرش کوانتوم در ارتفاع ساختمانهای بلند وجود ندارد که امروزه مقایسه بر آن اساس صورت گیرد ؛ زیرا آنها در دهة 1940و1930 ساخته شده اند مثلاً‌ساختمان امپایراسیتت ، که آسمانخراش در 1/250ft موفقیت در ساخت چنین ساختمانهایی اعتبار جهانی و قدرت خاصی به طراحان آنها داده است اجازه دهید چگونگی بکارگیری مواد سبک وزن را برای کمک به بهبود بخشیدن پایداری برای بارهای جانبی مورد آزمایش قرار دهیم سیستم لوله ای با ویژگیهای بکار گرفته شده ستونها در پیرامون ساختمان نیاز جداگانه ای بین نماهای بادپناه و بادگیر ساختمان برای پایداری لنگر واژگونی ایجاد میکند هر چند  ستونهای بیرونی بویژه در یک لولة قاب بندی شده نزدیک بیکدیگر قرار گرفتند و محیط های ریزابه برای جمع آوری ثقل بارها، کوچک هستند. بنابراین ، تأثیر ثقل بار در برخورد و موجهه با نیرویهای کششی مربوط به ستون ها است که تا حدی محدود شده اند. اول بدلیل مواد نستباً سبک که در ساخت از آن استفاده شده و دوم اینکه نواحی ریزابه، برای ستون ها بیرونی محدود شده اند. اگر، ما تا حدی بتوانیم ثقل بارها را بصورت این ستون ها، الق کنیم. آیا می توانیم کارایی سیستم را بهبود دهیم؟

این دقیقاً ایده ای است در ساختارهایی با کارآمدن هایی و بالا که اولین بار توسط دکتر Fazlzur Khan (خان) ابداع شد. یک ساختار نهایی باکارآمد. بالا که ثقل بار را بطور عملی برای پایدری ستون ها در لنگرواژگونی انتقال می دهد.توجه کنید این ایده، بصورت روتین توسط مهندسین مورد استفاده قرار می گیرد. البته زمانیکه، با نیروهای بالا برنده، مواجه شده، در حالیکه طراحی کردن ساختمان های قاب بندی شده هسته- داخلی با جدایی محدود شده بین ستون های باد گیر و باد چنان، محدود شده اند. آنها بطور طبیعی مجدداً نظم و تربیت یافته اند در فرمگیری کف یا طبقه که موجب کسب ثقل بارها بصورت بادی می شود. یک روش مشابه و امکان پذیر، در یک ساختمان لوله ای، حذف کردن بسیاری از ستون های داخلی است و شاید همة این ستون ها و جمع اوری وزن کل ساختمان از طریق ستون بیرونی. این روش قدرت ثقل بارها را نگه می دارد و کارآیی را افزایش می دهد.

در نظر بگیرید یک ساختمان لوله ای با ستون هایی که فاصله کمی نسبت به هم دارند و همینطور Spandre عمیق. تصور کنید، همه ستون های داخلی، کاملاً حذف شده اند. در محدودة این شکل بندی اساس و پایه، می توان یک سیستم تقویت کنندة انتقال کف در هر طبقه 15 بطور تقریباً فراهم کرد. تطبیق کردئن سطوح در بخش پایین، پایین، وسط، بالا، وسط و بالا- بالا. تقویت کننده می تواند یک یا دو طبقه از خرپای Vierendeel فاصله بندی کند در دو مسیر برای پهنا و طول کامل ساختمان. پس خرپاها، می توانند از ستون های داخلی در محدودة صفرها، بین دو خرپا، حمایت کنند. هر نوع متداول قاب بندی فولاد ساختاری، مانند تیرهای رول شدة مرکب و تیرهای مرکب صفحات بتنی را می توان به کار برد برای فضای فاصله از ستونهای هسته و ستونهای خارجی ساختمان، پس ستونهای داخلی می تواند ثقل بارها را ، از یک تعداد طبقات محدود شده حمل کنند ، و سایز آنها باید کوچکتر از سیستم متداول باشد ، آنها همچنین سطح فونداسیون را در بالای ساختمان ، افزایش می دهند . مزیت دیگر این است که ستونها ، در هر محدوده‌ای از صفر ، با دو سطح منتقل می شود و در فضای داخلی برنامه ریزی مطلوب برای اشغال کننده های ویژه ، قرار گرفته اند . این خود ، دلیل کافی برای توجه کردن به این سیستم است ، زیرا ، انعطاف پذیری عظیم و فوق العاده در طرح اولیة ستونها برای استفاده از توسعة مختلف ، پیشنهاد شده است. مثلاً در فضای برنامه ریزی برای دفتر یا اداره ، ستونهای داخلی احتمالاً در حدود 40ft بر مبنای مرکز ، قرار گرفتند . سطوح پارکینگ می تواند دارای ستونهایی در حدود 50ft باشد و غیره . ستون در محدودة صفر منتقل می شود و می تواند با ساختار کوچک و مشکل بدست آید زیرا :

1)     بارها‌،برای منتقل شدن ،کوچک هستند و

2)     این امکان وجود دارد گه فرصتهایی ایجاد شده جهت داشتن برخی از طبقات کامل بدون ستون و این در ساختمان 6 طبقه امکان پذیر است

در واقع فرم بندی طبقه ، اختیاری است و فقط با تصورات طراح، محدود شده است . مزیت اصول ساختاری البته بارهای کاملاً مرده و زنده هستند که در هر طبقه منتقل می شوند و فقط در ستونهای خارجی ،سپس موجب افزایش قابلیت ساختار مربوط به سیستم می شوند بدون شک برخی از تناژ اضافه فولاد برای تقویت کننده ها و ساخت آنان ارتباط دارند .

 البته ، ضروری است که بادپناه و بادگیرهای ستونهای مربوط به لوله با قابلیت سیستم ساختاری پایدار در برابر نیروی برش که موجب بارهای جانبی می شوند ، متصل شوند . اینکار با یک سیستم تیرهای عمیق Spandrel حاصل می شود . زمانیکه ستونهای پیرامون ، فضای نزدیکی به یکدیگر دارند و با یک سیستم مهاربندی قطری ، فاصله ستونها در یک سیستم لوله ای خرپا ریال زیاد می شود دکتر F.Khan  ، نشان داد که ، پیشرفت تدریجی در ستونهای خارجی کرنر مربوط به لولة‌مثلثی خرپا تغییر می کند و کارآیی سیستم می تواند بسیار بهبود حاصل کند .

یک ساختار نهایی برای ساختمان مثلثی ، که فقط چهار ستون کرنر دارد در تصویر 57-4 ، مشاهده کنید . کارایی یک ساختمان برای پایداری بارهای جانبی ، می تواند با استفاده از مهاربندی داخلی و همراه با سیستم ساختاری افزایش یابد و ثقل کامل بار ساختمان طوری ساخته شده که محدودیت تعداد ستونهای خارجی را تحمل می کند برای افزایش دادن قابلیت بالا، ستونهای داخلی باید در محدودة ساختمان ، حذف شوند .

 اگر این سیستم بتواند بطور همزمان اینکار را ا نجامخ دهد ، عنصر پایداری – برش نیاز به ستونهایی می کند که فضای کمتری دارند یا مهاربندی قطری بر مبنای پیرامون که بتواند حذف شود .

بعبارت دیگر ، یک سیستم با مهار بندی قطری یک عملکرد دو تایی را در جهت مبارزه با بارها از ستونهای داخلی و برای ستون خارجی انجام می دهد . در حالیکه در زمان مشابه عملکردهای عنصر برش بین ستونهای بادپناه و بادگیر ، مشابه سیستم بهینه است .

 مهنس Lemesun ، روشی را برای طراحی ساختار برج بانک ساوت وث Southwest با 82 طبقه و 220ft‌ در مرکز شهر هوستون ، انتخاب کرد . این ساختمان دارای یک پایة 165ft است که در یک نسبت ارتفاع به پهنای 4/7 ، ارائه شده است ویژگیهای این طراحی از یک سیستم با مهاربندی داخلی صورت گرفته که هستة سرویس و فاصلة پهنای کامل مربوط به ساختمان دو مسیر دارد . نمونة مهاربندی از یک افزایش مهاربندی نوع K- برای 9طبقه ، معکوس یا وارونه شده است . و دو مهاربندی در هر مسیر دیده می شود . تصویر 58-4 آنرا مشخص کرده . 8 طبقه از این 9 طبقه ، تقویت شده اند و در محدودة برج اجتماع کرده اند .(‌تجمع دارند ) همة ثقل بارها به ستونهای مرکب ماسیو ( بزرگ ) هشت طبقه منتقل شده و بر مبنای نمای ساختمان قرار گرفته . توجه کنید که قطرهای عرضی ، بین اتصالی هستند و وضعیت سه بعدی تحریک شده ، همة 9 ستون در پایداری لنگر واژگونی ، شرکت می کنند سپس می توان لولة قاب بندی شده را ، سیستم ساختاری ، 9ستون بدون پیرامون را ، از ستونهای مانع شده – بویژه در گوشه های ساختمان مقایسه کرد .