دانلود تحقیق ساختمانهای بلند

تاریخچه ساختمانهای بلند:
قبل از قرن نوزدهم ساختمانهای بلند بصورت معابد کوه مانند مطبق، اهرام، آمفی تئاترها قلعه ها، تالارهای شهر مساجد، کلیساهای جامع و ازاین قبیل وجود داشتند که طراحی آنها عموماً به انگیزه های سیاسی یا مذهبی صورت می گرفت و مصالح آنها الوارهای چوبی، سنگ، خشت های گلی و در مواردی ساروج بود و از سیستم دیوار باربر استفاده می کردند.

و تا اوایل قرن نوزدهم که اسکلت فلزی کم کم جانشین ساخت وساز سنگین بنایی در ساختمانهای چندطبقه شد و آغاز ساخت وساز چندطبقه را باید آسیابها و انبارهای انگلیسی دراین دوره دانست که در آنها از اسکلت بندی داخلی تمام چدن اغلب همراه با مصالح بنایی برای نگهداشتن کفها استفاده می شد.

تکامل فنی آسمانخراشها در نیمه دوم قرن نوزدهم تنها به یمن تکامل مستقل اجزای اصلی آن پیش از این تاریخ میسر شد این اجزا عبارت بودند از:
• سازه: ساختمان با اسکلت تمام فلزی و توانایی تأمین پایداری جانبی
• دیوارجداگر: جداسازی سازه تکیه گاه ساختمان از دیوار پیرامون آنکه بمنظور روکار بود.

• ایمنی: مقاوم سازی در برابر آتش سوزی
• آسانسور
• سیستمهای مکانیکی و بهداشتی: شامل لوله کشی، حرارت مرکزی، روشنایی مصنوعی، تهویه

تکامل آسمانخراش:
نخستین گامها در تکوین آسمانخراش از حدود سال 1880 تا 1900 در شیکاگو برداشته شد که در آن ساختمانی با فرم جعبه ای صرفاً تا 20 طبقه بالا می رفت بعدها با برجهای سربه فلک کشیده نیویورک آسمانخراش راستین پدیدار شد و به مظهر شهرهای آمریکا بدل گشت.

دوره های بلندمرتبه سازی:
نخستین دوره: این دوره با احداث ساختمان شرکت بیمه عمر شروع شد و عمده این دوره در شیکاگو بوقوع پیوست.

دوره دوم: با ساخت ساختمان 21 طبقه «امریکن شورتی» در سال 1895 در نیویورک شروع شد و در همین دوره بود که عصر طلایی آسمانخراشها با ساختمان 102 طبقه« امپایراستیت» به ارتفاع 381 متر به اوج خود رسید در این دوره برجها را به دو سبک «ایستاده برقاعده یا خودایستا» و« برجهای پلکانی» تقسیم کردند.

دوره سوم: سومین دوره آسمانخراش را مدرنیسم تعیین می کند و از لحاظی ادامه سبک تجاری نخستین دوره آسمانخراش در شیکاگو است.

برجهای مرکز تجارت جهانی جزو این دوره می باشد.

دوره چهارم: دوره چهارم که دوره فعلی آسمانخراشهاست در دهه 1970 همراه با پست مدرنیسم و مدرنیسم متأخر تحقق یافت.

تعریف ساختمان بلند و برج:
بلندی خود یک حالت نسبی است و ساختمانها را نمی توان برحسب ارتفاع با تعداد طبقه دسته بندی و تعریف نمود.

از نقطه نظر مهندسی، هنگامی می توان سازه را بلند نامید که ارتفاع آن باعث شود که نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله ، بر طراحی آن تأثیر قابل توجهی گذارند.

ساختمانهای منفرد مرتفع که با فرم پلان مربع، دایره، باشد و از طرفی ارتفاع آن بلندتر از قطر دایره محاطی پلان باشد برج نامیده می شود.

تناسب محیط و یا قطر ساختمان برجها با ارتفاع آن تعیین کننده نوع برج از نظر هندسی آن می‌باشد ( شکل 1)
1- در صورتیکه نسبت ارتفاع به قطر برج برابر باشد برجهای بسیار بلند نامیده می شود.

2- در صورتیکه نسبت ارتفاع به قطر برج برابر باشد برجهای بلند نامیده می شود.

3- در صورتیکه نسبت ارتفاع به قطر برج برابر باشد برجهای متوسط نامیده می شود.

4- در صورتیکه نسبت ارتفاع به قطر برج برابر باشد برجهای کوتاه نامیده می شوند.

- توضیحات کلی و عمومی در مورد برجها و ساختمانهای بلند:
1- معماری برجها:
معمولاً در برجها سعی می شود که معماری آن به شکل متقارن و کلیه خطوط ارتباطی در هسته مرکزی قرار گیرند این عملکرد از لحاظ انتقال نیروهای افقی و بمنظور مقابله با زلزله و حفظ پایداری برج ارجح است.

بمنظور صرفه جویی در استفاده از اراضی و حفظ فضای سبز و باز استفاده از ارتفاع برای ساختمانها در شهرهای بزرگ توصیه می شود.

ضمناً با درنظر گرفتن عواملی مانند زلزله، مقاومت زمین و شرایط ایمنی ارتفاع مناسب ساختمانها را تعیین می کند.

علاوه بر این در بسیاری از نقاط دنیا ساختمانهای بسیار بلند دارای کاربریهای چندمنظورهستند بطوریکه معمولاً در طبقه اول یا همکف روبه خیابان شامل فروشگاههای بزرگ هستند و در چند طبقه بالای آن دفاتر کار و تجارتی و در طبقات بالاتر آپارتمانهای مسکونی واقع می باشند.

این ساختمانها بسیار مشکل است تا تمامی نیازهای سازه ای، مکانیکی، وآسایشی را فراهم آورد.

چرا که دفاتر تجاری- اداری نیاز به فضاهای باز بزرگ دارند تا برحسب سلیقه استفاده کنندگان توسط پانلهای سبک فضاسازی شوند.

همچنین تأسیسات در ساختمانهای بلند در زیر کف و روی سقف کاذب بصورت افقی توزیع می شوند در نتیجه فضای اضافی مورد نیاز برای این تأسیسات، ارتفاع طبقات این نوع ساختمانها را تا 5/3 متر یا بیشتر افزایش می دهند.

از طرفی ساختمانهای تجاری – اداری دارای بار وارده عظیمی نا شی از سیستمهای الکتریکی و مکانیکی می باشند.

حال در ساختمانهای مسکونی و هتلها معمولاً محیط داخلی محدودتر بود و فضاسازی بصورت دائم می باشد.

و در طبقه تکرار می شود.

در نتیجه فاصله ستونها کمتر و در تمام پلان و در محدوده تیغه بندی جایگزین می گردند.

همچنین تأسیسات در این ساختمانها می توانند بصورت قائم د رکنار دیوارها، ستونها، و یا از بالای سقف کاذب راهروها به محل دلخواه هدایت شوند.

ارتفاع طبقات در این نوع ساختمان حدود 7/2 متر خواهد شد.

بنابراین یک ساختمان 40 طبقه مسکونی بسیار کوتاهتر از یک ساختمان 40 طبقه تجاری – اداری است.

ضمناً از انجا که اتومبیل بخش مهمی از وسایل نقلیه است، پارکینگ در ساختمانهای بلندمرتبه از موارد بسیار مهم می باشد.

2- اشکال ساختمانی: یک پلان باید سادگی، فشردگی و سختی پیچشی بالا داشته باشد.

از نقطه نظر مقاومت دربرابرزلزله یک پلان ساده نظیر شکل مربع یا دایره مطلوب است.

درساختمانهای چندقسمتی یا دارای بال نظیر L یا T باید درزهای زلزله( در انقطاع یا ژوئن) که از نظر سازه ای بالها را مجزا می سازد بکار روند.

3- تقارن و سختی پیچشی بالا: برای احتراز از تغییر شکل پیچشی لازم است مرکز سختی ساختمان برروی مرکز جرم آن منطبق باشد، برای ارضای این شرط لازم است هم شکل ظاهری ساختمان وهم سازه آن دارای تقارن باشد.

4- یکنواختی و پیوستگی در شکل قائم: لازم است از تغییرات ناگهانی در شکل بندی قائم یک ساختمان دوری جست هرگاه شکل بندی قائم یا ناپیوسته باشد در بعضی از قسمتها یک حرکت عمده ارتعاشی بوقوع می پیوندد و برای انتقال نیروها از برج به پایه نیاز به یک کنش دیافراگمی بزرگ در مرز قسمتهاست.

5- سختی و مقاومت قائم و افقی: باید از تغییر ناگهانی در توزیع قائم سختی و مقاومت احتراز شود و شاخص آن سختی طبقه به وزن طبقه بین طبقات مجاور باشد.

اگر در ساختمان طبقه نرم وجود داشته باشد تغییر شکل پلاستیک سعی به متمرکزشدن در طبقه نرم خواهد کرد و مجهز به سقوط کامل ساختمان شود.

سختی و مقاومت در طبقات نرم را می توان با افزایش ستونها و یا مهاربندیها تنظیم نمود اگر در طبقه هم ستونهای کوتاه و هم ستونهای بلند وجود داشته باشد نیروی برشی در ستونهای نسبتاً کوتاه متمرکز شده و لذا منجر به شکست این ستونها قبل از ستونهای بلند می شود.

با بکارگیری تیرهای محیطی می توان ستونهای بلند را تبدیل به ستونهای کوتاه کرد.

6 – پی سازی: نیروهای قائم و جانبی سازه از طریق سیسم پی به زمین منتقل می شوند و از آنجا ککه اصول طراحی پلهای مستقل از ارتفاغ ساختمان است پس روشهای متداول طراحی قابل اعمال در سازه های بلند نیز می باشد.

بنابراین طراح سازه باید جابجایی و تغییر شکل پی ها واثرات آن بر رفتار سازه ساختمان و نیروهای ناشی از اثرات متقابل خاک و سازه را در نطر داشته باشد اگرخاکریزی سخت و پایدار نباشد نیروها را می توان از طریق شمعهای معمولی و قطور و یا پی های عمیق به لایه های مقاوم و سخت منتقل گردد.

در اینصورت ساختن ساختمانهای مرتفع گران و مشکل می باشد مثلاً یکی از مکانهای برج سازی ایالات متحده شبه جزیره«منهتن» در شهر نیویورک می باشد چرا که در سطح سنگی گرانیت در فاصله نسبتاً کمی از سطح زمین قرار گرفته است در شرایط نامناسب خاک باید بارگذاری پی را تا حدی کاهش داد که شکستهای برشی و با نشستهای نامتقارن زیاد ایجاد نشود.

برای اطمینان می توان با حفاری و برداشت خاک تقریباً معادل وزن ساختمان مسأله را حل کرد.

7- ایمنی در برابر آتش سوزی: ایمی در برابر آتش سوزی همواره موضوع مهمی در ساختمانهای بلند بوده است.

از دهه 1970 تاکنون تأکید بر ایمنی چنین ساختمانهایی پیوسته بیشتر شده است و بکارگیری دوباره طبقات باز مرتبطی که حالا به آن« اتریوم» گویند باب شده است و برای بهبود کاربری ساختمان وفضایی مرتبط به هوای خارج می باشد با وجود پیشینه خوب ایمنی ساختمانهای بلند در برابر آتش سوزی آتش سوزیهای حیرت انگیزی هم وجودداشته که ملزم ساخته تا ساختمانهای بلند امروزی دارای ایمنی کافی و وسایل اطفای حریق نظیر دیوارهای مخافظ در برابر آتش سوزی اطراف پله ها و .....

می باشد.

8-معیار آسایش: چنانچه یک سازه بلند انعطاف پذیر تحت تأثیر تغییر مکانهای جانبی یا پیچشی ناشی از اثرات رفت و برگشیتی نیروی باد قرار گیرد حرکت تناوبی ایجاد شده باعث احساس ناراحتی استفاده کنندگان در سازه خواهد شد.

لازم به ذکر است که حد شاخص جابجایی طراحی مورد استفاده در کشورهای مختلف بین 001/ تا 005/0 ارتفاع ساختمان است یعنی یک ساختمان به ارتفاع 100 متر مجاز است 1/0 تا 5/0 متر جابجا شود.

9- سازه ساختمانهای بلند: سازه های فولادی در طول تاریخ ساخت ساختمانهای بلند همیشه پیشگام بوده اند از آنجا که قابهای فولادی برای هر نوع ارتفاع مناسب می باشد و نسبت مقاومت به وزن بسیار بالایی دارند همیشه بعنوان انتخاب اصلی در ساختمانهای بلند هستند.

سازه های فولادی ضمن ایجاد امکان دهانه های بزرگ، قابل پیش سازی بوده و در نتیجه دارای سرعت اجرای بیشتری هستند و نیاز به مکان کارگاهی کمتری دارند.

مهمترین مطلب سازه ای فولادی نیاز به پوشش مقاوم در برابر آتش سوزی و زنگ زدگی، مهاربندی های قطری و اتصالات ویژه در قابهای صلب و نماسازیهای پرهزینه آنهاست.

با گذر در تاریخ می توان دریافت که نوع ابتدایی بتن برای سازندگان رومی و فراعنه مصری شکافته شده بود و تحقیقات راجع به بتنهای امروزی از اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم شروع شد.

بتن مادی است که مهندسین و معماران باید شاخصهای مختلف آن را از قبیل مقاومت، دوام، روشهای شکل و قالب ریزی، سخت شدگی، آرماتورگذاری و ....

را مدنظر قرار دهند.

در سال 1904 اولین آزماییش تیر بتن مسلح انتشار یافت.

در همین دوران ساخت دیوارهای پیش ساخته و استفاده از سیست قالب بندی موجب تحولی در ساختمان سازی شد بعد از آن ابداع دال کف توسط روبرت مایلارت بود که بجای سیستم تیر و شایعترین بار کف را متحمل می کرد و در برابر آتش سوزی، بارهای سنگین و انتقال صدا نیز مقاوم بود و مجموع این پیشرفتها نشان می داد که بتن نیز می تواند نظیر فولاد در ساختمانهای بلند بکار رود.

سازه های بلند بتن آرمه تقریباً دو دهه پس از اولین ساختمانهای بلند و فلزی مطرح شدند و قابل ذکر است که ساختمانهای بتنی اولیه ازنظر فرم سازه ای متأثر از سازه های مشابه فولادی و دارای اسکلتی شامل ستونها و شاهتیرها بودند با این تفاوت که به علت صلب بودن قابها بدون مهاربندی قطری نیز در برار بارهای جانبی مقاومت می کردند.

پس از آتش سوزیهایی که در شهرها رخ دادند و بسیاری از ساختمانهای بلند فلزی بعلت گرمای شدید فروریختند بتن توانست بعنوان ماده ای مقاوم در برابر آتش خود را تثبیت کند.

پیشرفت عمده تکنولوژی بتن از قبیل قالب بندی، اختلاط پمپاژ ساختمان بلندمرتبه بتنی، ساختمان 15 طبقه«Ingalls » در ایالت اوهایو بود که دارای سیستم قالب صلب بود.

بتن های سبک: کاربرد این نوع بتن ها psi 6000-2500(MPa 4/41- 2/17) و وزن مخصوص 120-90 پوند بر فوت مکعب د ر ساختمانهای بتنی بلند بسیار مناسب است.

هزینه اضافی این نوع بتن توسطکاهش تقریباً وزن ساختمان و صرفه جویی در بتن ستونها و فنداسیون سازه پوشش داده می شود.

ساختمان 52 طبقه«plaza » ساخته شده در سال 1971 کلاً از بتن سبک ساخته شده است و بلندترین ساختمان ساخته شده از بتن سبک در جهان است.

بتنهای مقاومت بالا(HSC ): این بتن که تحت عنوان میکروسیلیکا نیز شناخته شده است شامل سیمان ، آب، دانه های شکسته گرانیتی و سنگ آهک، ماسه و پلاستی سایزر می باشد و مقاومتی معادل PSI 20000-50000 (MPA 138-5/34) دارد که هم مقاومت زیادی دارد و هم نفوذناپذیر است و بسیار از بتنهای معمولی تردتر است و باید به احتیاط ریخته شود.

اولین کاربرد ساختمانی