تحقیق درمورد شرایط آب و هوایی و توزیع فضایی

دانلود پایان نامه

TUBO-D82.5X3.2 STEEL Pipe 8.25 0.32 7.97
TUBO-D88.9X3.2 STEEL Pipe 8.89 0.32 8.62

فصل پنجم
بهینه‌یابی گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته تحت بارگذاری ثقلی
5-1. بارگذاری ثقلی
5-1-1. کلیات
در این فصل ‌رفتار گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته در برابر بارگذاری ثقلی شامل وزن و همچنین بار برف بررسی می‌شود. به دلیل وسعت زیاد سازه‌های فضاکار بار برف و آثار انباشتگی آن می‌تواند از جمله بارهای بحرانی در برابر انواع فروجهش‌های موضعی و کلی باشد. در این تحقیق به طور کلی بارگذاری ثقلی به دو گروه اصلی بارهای مرده (دائمی) و بارهای زنده که عمدتاً در مورد سازه‌های فضاکار بار برف می‌باشد، طبقه‌بندی می‌شوند که در ادامه به بررسی آنها پرداخته شده است.
5-1-2. بارهای مرده
بارهای مرده بارهایی هستند که به صورت دایمی در تمام عمر مفید سازه بدون آنکه در بزرگی و شدت آنها تغییر قابل اعتنایی حاصل گردد به صورت فعال حضور دارند و شامل تمامی بارهای ثقلی (وزن) سازه، اعضا و اجزای سیستم باربر، سازه‌های سقف‌ها، نازک‌کاری، نماسازی، پوشانه‌ها، اتصالات و تمامی تجهیزات و وسایلی که در موقعیت ثابت قرار می‌گیرند می‌باشد. نحوه‌ی در نظر گرفتن این بارها در گنبدهای مورد مطالعه در بخش 5-2 به طور مفصل بیان شده است.
5-1-3. بارهای ناشی از برف و عوامل مؤثر بر آن
در مورد سازه‌های فضاکار پوشاننده‌ی فضاهای وسیع فاقد ستون‌های میانی بارهای برف در مناطق سردسیر و معتدل، اغلب نقش تعیین‌کننده‌ای در طراحی سازه‌ی فضاکار خواهند داشت. بار برف ماهیتاً ثقلی محسوب گردیده و به صورت قائم بر مساحت سطح افقی حاصل از تصویر سطح بام شیب‌دار یا رویه‌های منحنی شکل اعمال می‌گردد.
بار برف وارده بر بام بستگی به شرایط آب و هوایی، فرم، نوع، ابعاد، نسبت، ناحیه و جهت استقرار سازه و میزان تصعید حرارت از طریق بام و تفاوت دمای داخل سازه و خارج آن دارد. با توجه به آنکه در اغلب سازه‌های شبکه‌ای فضاکار به دلیل سبکی نسبی وزن سازه، نسبت بار برف به بار مرده قابل ملاحظه می‌باشد، بار برف یکی از مؤثرترین کنش‌های وارده بر این سازه‌ها در مناطق سردسیر و معتدل به شمار می‌رود. با توجه به آنکه نسبت بار برف به بار مرده‌‌ی سازه‌های فضاکار در مناطقی از کشور قابل ملاحظه‌ است، نحوه‌ی توزیع بار برف در این نوع سازه‌ها نقش مهمی در طراحی اجزای سازه‌ی فضاکار ایفا می‌نماید.
بطور کلی شدت و شیوه‌ی توزیع بار برف روی سقف‌ها تابعی از شرایط آب و هوایی، توپوگرافی، شکل ساختمان، مصالح پوشش سقف، دمای سقف برف‌گیر و جهت کل باد می‌باشد. جز در مناطق کم باد یا حفاظدار، بار وارده بر بام سازه معمولاً از بار برف وارده بر سطح زمین با همان مساحت، کوچکتر خواهد بود. زیرا بخشی از برف فرود آمده بر بام به وسیله‌ی باد پراکنده می‌گردد. همچنین باد می‌تواند بخش‌هایی از برف برجای مانده را هم به تدریج بردارد. به علت افزایش دما یا گرم شدن بام از طبقه‌ی زیرین و انتقال حرارت از طریق مصالح پوشانه‌ی بام، بخشی از برف تبخیر و یا ذوب می‌شود. گاه از روش‌های گرم کردن پوشانه به منظور عدم تجمع برف در سازه‌های فضاکار پوشش دهنده‌ی دهانه‌های وسیع بهره‌گیری می‌شود. از طرف دیگر ذوب شدن و به دنبال آن کاهش دما و یخبندان متعاقب آن، ممکن است مانع جابه‌جایی برف از بام توسط باد گردد.
موارد فوق و همچنین احتمال نزول برف از بخش‌های مرتفع‌تر نه تنها کل بار را تغییر می‌دهد، بلکه نحوه‌ی توزیع بار برف را نیز دگرگون می‌نماید. در حالتی که شکل و فرم بام موجب کاهش سرعت باد در موضعی از بام گردد، ممکن است در آن موضع، شدت بار برف از شدت بار برف روی زمین افزونتر باشد. نسبت بار برف وارده بر بام به بار برف روی زمین به طور عمده به فرم سازه، شیب سقف‌ها، میزان زبری سطوح در معرض بارش برف، سرعت، جهت و طول مدت وزش باد و شرایط تابش خورشید بستگی دارد و توزیع بار برف بر بام سازه‌ی فضاکار باید با توجه به این عوامل و شروط تخمین‌ زده شود و لذا با توجه به جمیع این جهات بار برف در حالت‌های متفاوتی مانند اعمال بار گسترده‌ یا بصورت یکنواخت یا به صورت نامتقارن یا با انباشتگی موضعی ملحوظ گردد.
ملزومات بارگذاری برف در آیین‌نامه‌های ساختمانی رایج از جمله مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران [6] که برای سازه‌های متعارف تهیه شده ‌ا‌ست، نمایشگر کنش‌های ناشی از برف در چنین سازه‌هایی تلقی نمی‌گردند. لذا تدوین دستورالعمل ویژه‌ی این نوع از سازه‌های فضاکار به منظور تدقیق مقدار و شناخت نحوه‌ی توزیع فضایی بار برف جهت ارایه‌ی طرح‌های بهینه مورد نیاز می‌باشد. با وجود این تا تدوین چنین دستورالعملی مطابق بند 3-2-6 آیین‌نامه‌ی سازه‌های فضاکار ایران بارگذاری این نوع سازه‌ها مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران در نظر گرفته می‌شوند.
در این تحقیق از ضوابط بار برف آیین‌نامه‌ی ایران برای سازه‌های فضاکار [1] و نیز آیین‌نامه‌ی AISC 7-05 [3] استفاده شده است که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد. تمامی حالات محتمل بارگذاری برف ‌از قبیل بارگذاری برف متقارن، نامتقارن و برف انباشتگی موضعی ابتدا در آیین‌نامه‌ی ایران و سپس درآیین‌نامه‌ی AISC 7-05 به صورت زیرمورد بررسی قرار گرفته است و سپس به مقایسه‌ی ضوابط دو آیین‌نامه پرداخته شده است:
5-1-3-1 . بارهای متقارن و نامتقارن ناشی از برف مطابق آیین‌نامه‌ی‌ ایران:
1) بارهای متقارن ناشی از برف:
بار برف بر روی بام‌ها با توجه به زاویه‌ی شیب بام، برای هر متر مربع تصویر افقی سطح آن، از رابطه‌ی زیر تعیین می شود:
(5-1)
در رابطه فوق Cs ضریبی بنام ضریب اثر شیب است که برای بام‌های گنبدی با توجه به شیب قوس در طول آن تعیین می‌گردد. برای این منظور قوس به صورت حداقل یک سه ضلعی فرض شده و همانطور که در شکل 5-1 نشان داده شده ضریب اثر شیب برای هر یک از اضلاع بر حسب زاویه‌ی ضلع با افق تعیین و به صورت زیر در نظر گرفته شده است:
الف) در بام‌های مسطح و شیب‌دار با زاویه‌ی شیب کمتر از °‌١۵:
(5-2)
ب) در بام‌های شیب‌دار با زاویه‌ی شیب بین °‌١۵ و° ۶٠:
(5-3)