ادامه سازه چوبی ( 1 )
ادامه سازه چوبی ( 1 )
6-1- سازه های چوبی:
شناخت مواد ساختمانی کلید اصلی موفقیت در کار با مهندسی خوب است، چوب به عنوان یک ماده ساختمانی می تواند در بسیاری از موارد که مشکلاتی در زمینه های مختلف سازه ای برای ما ایجاد می گردد راهگشا باشد. زمانی چوب مهمترین ماده ساختمانی در احداث بناهای تجاری بود ولی امروزه رقابتی در کاربرد چوب، آهن، بتن، آلومینیوم و آجر بچشم می خورد. چوب و آجر از مصالح ساختمانی قدیمی هستند و استفاده از آنها در سازه ها بسیار متداول بود، امروزه نیز ما می توانیم با توجه به خصوصیات مناسب چوب و شناسایی آنها برای عموم جهت احداث سازه ها از این ماده مناسب استفاده بهینه نمائیم. مهندسان و آرشیتکتها با استفاده از معلومات فنی و اجتناب از کاربرد ضرائب اطمینان می توانند بهربرداری از مناطق چوب دنیا را در جهت برآوردن نیازهای مردم گسترش دهند.
مطالعات انجام شده در آزمایشگاه و نیز روی اعضای سازه های چوبی نشان می دهد که اتصالات ساختمانهای چوبی دارای استحکام خوبی هستند و استخکام واقعی ساختمان از میزان محاسبه شده آن بیشتر است. برآورد شده است که امروزه با بکار گرفتن تکنولوژی جدید (مهندسی ارزش) می توان میزان مصرف چوب را در ساختمان حدود بیست تا سی درصد کاهش داد و این میزان صرفه جویی در ساخت تعداد بیشتر ساختمانهای چوبی تأثیر گذار است.
از طرف دیگر در کشوری همانند ایلات متحده امریکا و کانادا بیش از 90 درصد سازه های ساخته شده قاب چوبی هستند. وقوع زلزله های مهیب در این مناطق باعث شده مهندسان به یک روش طراحی زلزله ای که به طور همزمان هر دو عامل ایمنی و محدود کردن خسارت اقتصادی را دارد، روی بیاورند. استفاده از روش طراحی زلزله ای بر اساس عملکرد به مهندسانی نیاز دارد که با تحلیل های دینامیکی آشنا باشند. پیشرفت های زیادی در زمینه مدل سازی کامل سازه های چوبی حاصل شده است ولی همچنان تکنیک هایی لازم است که به مهنداسان اجازه دهد عملکرد سازه ای قابل انتظاری را در شرایط بارگذاری لرزه ای ارزیابی کنند.
ویژگی های کلی سیستم :
این سیستم با توجه به شاخصه هایی که دارا می باشد می تواند در مواقع اضطراری که نیاز مبرم به ساخت و ساز و بهره بری سریع به خصوص در مناطقی که منابع عظیم چوب همچون امریکا، کانادا، استرالیا، اروپای شرقی و حتی شمال ایران مورد استفاده قرار گیرد که متأسفانه امروزه شاهد هستیم در ساخت و سازهای امروزی در این منطقه به هیچ وجه به سازه های چوبی اهمیت داده نمی شود که مهمترین عامل این موضوع می تواند به دلیل عدم شناخت و آگاهی مردم سازه های چوبی و اطمینان به آن و همچنین کوتاهی سازمانهای مربوطه در زمینه ساخت و ساز در کشورمان باشد که به این سیستم توجهی نمی کنند. همچنین در مواردی که منطقه ای زلزله خیز می باشد با توجه به ویژگی های سازه چوبی می توانیم از این سیستم استفاده نمائیم. مهمترین دلایل کاربرد و ویژگی های این سیستم عبارت است از:
1- سبک سازی.
2- کاهش وزن ساختمان.
3 – ارزان بودن مصالح نسبت به سایر مصالح ساختمانی.
4-محدود بودن خسارات اقتصادی به هنگام زلزله .
5- سازگار با محیط زیست.
6- عایق مناسب در برابر صوت.
7- امکان بازیافت به چرخه طبیعت.
8- زیبایی بصری و نمای جذاب.
9- نیاز به نیروی انسانی کمتر در ساخت سازه.
10- اجرای آسان و سریع سازه های چوبی.
11- ایمنی سازه به هنگام زلزله به دلیل سبک بودن سازه و قالبیت بالای جذب انرژی زلزله.
معایب سیستم سازه های چوبی :
با توجه به محاسناتی که هر سیستم سازه ای دارا می باشد، بطبع معایبی را نیز دارا می باشد که می توان این معایب را به حداقل رساند، با توجه به مهندسی ارزش که امروزه جهت اجرای پروژه ها بسیار حائز اهمیت شده است می توانیم از این مهم در استفاده و ایرادات را رفع و از این سیستم سازه ای استفاده بهینه تری نمائیم. متأسفانه بدلیل عدم آشنایی عمومی در بین جامعه به این سیستم ساختمانی و همین طور عدم اطمینان به آن و نمونه هایی از پروژه های این سیستم در کشور سازه های چوبی در کشور ما جایگاهی ندارد. بطور کلی این سیستم دارای معایب زیر می باشد:
1. ضعف در مقابل آتش سوزی
2. خسارات اقتصادی درهنگام بروز زلزله در مقابل حفظ ایمنی جانی.
3. عدم استفاده در همه مناطق کشور
4. نیاز به ماشین آلات متنوع در مواقعی که ساختمان به روش پیش سازی انجام می شود.
5. عدم استفاده در همه اقلیم های منطقه ای موجود در ایران.
6. عدم استفاده دولت از این سیستم در پروژه های خود.
7. نبودن نمونه های موفق این سیستم در کشور حتی در مناطق شمالی کشور.
در ساخت خانه های چوبی به معیارهای ذیل توجه شده است:▪ جنس و کیفیت سازه چوبی.
▪ مکانیزم استفاده از چوب با مقاومت بالا.
▪ استفاده از مصالح ساده، سبک و استفاده از عناصر مقاوم در برابر زلزله.
با توجه به معیارهای فوق می توان ساختمانی با عمر بیش از یکصد سال انتظار داشت. مهم ترین مورد در ساخت خانه های چوبی، توجه در ساختار محکم و پیوسته اعضا ساختمان می باشد. یک خانه چوبی را می توان متشکل از کف ها، دیوارها و سقف ها بدانیم. در ساخت خانه های چوبی F.H.T این عناصر توسط متخصصین در کارخانه طراحی و ساخته خواهند شد.
بدین ترتیب کیفیت هر کدام از عناصر فوق، بالا می رود و امکان ترک، شکاف و کاهش مقاومت در آن به حداقل رسیده و ضریب اطمینان ایمنی خانه بالا می رود.
2- معرفی سیستم:
ضوابط طراحی ساختمانهای چوبی:
همانند سایر سازه های متعارف قبل از شروع طراحی، ابتدا باید بارهای وارد به سازه های چوبی مشخص و معین باشد. این بارها باید توسط آئین نامه های ملی استاندارد ساختمان تهیه و یا در غیاب وجود چنین آئین نامه هایی باید از آئین نامه معتبر دیگری استفاده نمود. بطور کلی بارهای وارده بر سازه های چوبی بر اساس یک ضابطه باری می تواند معرفی شود که می توانیم آن به در یک تعریف کلی معرفی کنیم.
ضوابط بار: بارها به طور کلی به دو قسمت باز زنده و باز مرده تقسیم می شوند، که باز مرده شامل وزن ساختمان و وزن کلیه اشیائی که بطور دائم در یک جا نصب می شوند. و باز زنده بجز باز مرده به کلیه بارها شامل بار برف، باران، باد، زلزله، شُک، اشیای متحرک و انسانها می باشد. وزن بار مرده و زنده با توجه به نوع جنس مصالح ساختمانی متفاوت است در جدول زیر نمونه ای از انواع بارهای مرده و زنده یک ساختمان چوبی آورده شده است.
محل بار
| بار زنده
| نوع پوشش
| بار مرده
|
اطاقهای خواب
| 84 کیلو گرم/مترمربع
| کف-چوب سوزنی برگ
| 62 کیلو گرم/مترمربع
|
سایر فضاها
| 96 کیلو گرم/مترمربع
| موزائیک و سرامیک
| 112 کیلو گرم/مترمربع
|
سقف های شیروانی
| 82کیلو گرم/مترمربع
| آهن گالوانیزه و تیر چوبی
| 42 کیلو گرم/مترمربع
|
جدول 1 : اطلاعاتی درباره بارهای وارده به بخشهای یک ساختمان چوبی
طراحی قسمتهای مختلف سازه های چوبی:
1- طراحی اعضای خمشی:
اعضای خمشی سازه های چوبی جز با مختصر تفاوتی که بخواص چوب مربوط است، همانند فلز و بتن مسلح طراحی می گردند. در طراحی اعضای خمشی نکات زیر مهمند:
الف)خیز اعضای تحت بارهای سرویس
ب)تنش خمشی حاصل از بار موثر
ج)تنش برشی در سطح محور خنثی و در محل اتصال جان و بال
د)تنش فشاری در محل تکیه گاه
2- طراحی اعضای فشاری:
ستونهای چوبی: اکثر ستونهای چوبی دارای مقطع مربع مستطیل می باشند و برای حالتی که در دو انتها اتصال طولانی دارند، طراحی می گردند. مهندسان ،ستونهای چوبی را بر اساس ضریب لاغری و مساعد بودن به کمانش به سه دسته تقسیم می نمایند:
ستونهای کوتاه: ضریب لاغری ستونهای کوتاه11 و کمتر است. شکست ستونهای کوتاه تحت بار بعلت خرد شدن چوب در جهت الیاف صورت می گیرد. بار مجاز ستونهای کوتاه بر مبنای مقاومت فشاری چوب، موازی الیاف و سطح مقطع آنها تعیین می گردد.
ستونهای بلند: آن دسته از ستونهایی هستند که از تئوری کمانش اولر تبعیت می کنند. ضریب لاغری ستونهای بلند، وابسته به مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری چوب تجاوز می کند. ستونهای بلند تحت بار کمتر از مقداری که بتوانند سبب خرد شدن چوب گردد، کمانش حاصل می کنند.
ستونهای متوسط : ضریب لاغری ستونهای متوسط رقمی است بین 11 و مقدارk (0.671). استقامت ستونهای متوسط کمتر از مقداری است که فرمول اولر در حدود تغییرات ضریب لاغری آنها پیش بینی می کند .
شکل2 –فشار وارده به ستونها و تغییر شکل ستون در حالتهای مختلف با توجه به بار وارده
فصل و یا شماره جدید خورده شود
طراحی و روش ساخت :
در رابطه با روش ساخت و طراحی سازه های چوبی اعم از پیش ساخته و یا سنتی باید موارد ذیل مورد بررسی قرار گیرد:
1. سیستمهای فنداسیون
2. سیستمهای کف
3. سیستمهای دیوار
4. سیستمهای بام و سقف
1- سیستمهای فنداسیون: سیستمهای فنداسیون یک ساختمان که به عنوان زیر سازه تلقی می گردد، وظیفه انتقال بارهای ساختمان به زمین را به عهده دارد . سیستم فنداسیون علاوه بر آنکه باید بارهای قائم را طوری توزیع نماید که در صورت نشست، نشستی یکنواخت داشته باشیم و باید اجازه بلند شدن سازه را از روی زمین ندهد. بارهایی که باید توسط فنداسیون به زمین منتقل شود همان بارهای مرده و زنده است. همچنین فنداسیون باید در مقابل بارهای جانبی حاصل از فشار خاک و باد و زلزله نیز مقاوم باشد. تمامی این موارد چه سازه پیش ساخته باشد و یا چه روش سنتی و یا با تکنولوژی جدید احداث گردد باید رعایت و در نظر گرفته شود .
مسائلی که در طراحی فنداسیون باید در نظر گرفت :
1-1-نشست ساختمان: همیشه انتظار نشست در سازه می رود و باید برای مقابله با آن چاره ای اندیشیده شود. می توانیم در یک طراحی و همینطور اجرای درست در جزئیات مربوطه آن را به حداقل رساند. نشست غیر یکنواخت باعث ترک خوردگی و همینطور خرابی سازه می شود. نشست سازه بر اثر دو عامل می باشد:
1. کاهش حفرات خاک
2. تغییر مکان جانبی خاک
مورد اول در زمان طولانی ممکن است اتفاق بیفتد و مورد دوم در مناطقی همچونی جنگلها و مراتع و مناطق پر بارش که محل احداث سازه های چوبی بیشتری است به دلیل رانش خاک و زمینهای شیب دار رخ می دهد.
2-1- مقاومت خاک: فنداسیون همیشه باید بر روی خاک دست نخورده احداث شود. در غیر اینصورت خاکبرداری تا زمین مناسب باید انجام شود یا یا بوسیله بتن و یا شمع زنی که توسط مهندس محاسب انجام می شود باید رفع گردد.
3-1- رطوبت: آب موجود در خاک می تواند سبب کاهش مقاومت خاک و نشت آب به فضای داخلی ساختمان گردد. آبهای سطحی می تواند بوسیله زه کشی اطراف ساختمان رفع و یا فنداسیون بالاتر از سطح آب قرار گیرد این مشکل گاهاً در سازه های چوبی دیه می شود.
4-1- یخ زدگی: در مناطق کوهستانی و سردسیر به دلیل یخ زدن آب موجود در خاک فنداسیون ممکن است آسیب ببیند.
5-1- اندازه فنداسیون: از آنجایی که سازه های چوبی سبک می باشند و فقط بارهای کم به زمین منتقل می شود، سطح این فنداسیونها براساس بار وارده بر مقاوت خاک بدست می آید.
مهمترین پی های مورد استفاده در این سازه ها عبارتند از:
پی های نقطه ای: که معمولاً برای زمین های دست نخورده طبیعی، مواقعی که بار سازه کم می باشد و آب و هوای معتدل استفاده می شود.
پی های خطی: موقعی که دیوارها در فشار خاک قرار دارند و یا پی ها نزدیک به هم می باشند.
پی های صفحه ای: مواقعی که بار واره سازه زیاد است، سازه چند طبقه است و یا زمین موجود از مقاومت کافی برخوردار نیست.
شالوده های شمعی: در مواقعی که زمین نامناسب است و یا بارهای جانبی همچون خاک و یا آب به فنداسیون زیاد است استفاده می گردد.
فنداسیون پیش ساخته: با توجه به پیش سازه های امروزی که در سازه های چوبی دیده می شود این فنداسیون ها رونق زیادی گرفته اند . این فنداسیون ها با توجه به بار وارده و نیروی خاک در کارخانه احداث و بوسیله ماشین آلات به محل انتقال داده می شوند و پس از نصب در محل مورد نظر سایر جزئیات سازه جهت نصب بر روی فنداسیون آورده می شود.
2- سیستمهای کف:
سیستمهای کف سازی، سطوح افقی هستند که هم بارهای زنده(ساکنان و اساس خانه) و هم بارهای مرده(قسمتهای کف و بار دیوار) را تحمل می نمایند. از نظر سازه ای، سیستم کف باید این بارها را بطور جانبی به تیرها و ستونها یا به دیوارهای حمال انتقال دهد و هم زمان برای دیوارهای مجاور هم تکیه گاه جانبی باشد.
سیستم کف ممکن است از تیرهای طولی و یا تیرچه هایی با یک سطح پوشش و یا از مصالح تقریباً تشکیل شده باشد. قرار گرفتن این سیستم ممکن است به سه صورت باشد: پایین سطح، هم سطح یا بالاتر از سطح عمق.
عمق یک سیستم کف و حفره های در نظر گرفته شده در آن باید به صورت لزوم به اندازه ای باشد که بتوان سیستم های گرمایی، لوله کشی و سیم کشی را در درون کف قرار داد.با توجه به اینکه در کف رفت و آمد و جابجائی وسایل خانه وجود دارد، استحکام و مقامت در مقابل فرسایش و نگهداری آسان، عوامل بسیار مهمی در انتخاب سیستم کف و مصالح روکار می باشد. روکار کف و مشخصات چشمی آنها (مصالح، رنگ، بافت و نقش آنها) به ماکمک می کند تا کفی را انتخاب نمائیم که به سادگی این روکارها را تحمل کند.
انواع سیستمهای کف عبارتند از:
1-2- سیستم تیر چوبی: اعضای تیرچه نسبتاً کوچک و فاصله ها نزدیک به هم می باشد و تیرچه ها بوسیله تیرها یا دیوارها نگهداری می شوند.
2-2- سیستم تیر و تخته چوبی: اگر زیر سیستم تیر و تخته چوبی به عنوان سقف تمام شده در نظر گرفته شود پوشاندن خطوط مکانیکی و الکتریکی خیلی مشکل است و این سیستم در برابر انتقال صوت ضعیف است. بارهای متمرکز و روزنه های کف ممک است نیاز به قاب اضافی داشته باشند.
3-2- سیستم تیرچه فولادی: تیرچه ها با جان باز به صورت نزدیک، کنارهم قرار گرفته اند. تیرچه ها بوسیله هر یک از تیرها یا دیوارها نگهداریمی شوند.
4-2- سیستم کف و تیر فولادی: بیشترین استفاده به عنوان قسمتی از یک اسکلت فولادی است. بارهای متمرکز و روزنه های کف ممکن است نیاز به قاب اضافی داشته باشند.
5-2- سیستم کف بتنی: انواع این سیستم عبارت است از:
· پیش ساخته و یا ساخته شده در محل
· ضرورت استفاده از سیستم دال مسطح
· سیستم های سازه ای بر طبق نوع دهانه و شکل طبقه بندی شده اند.
· دالهای یکطرفه و دو طرفه
· دال تیرچه یک طرفه
· دال تیرچه دو طرفه
· دال هموار دو طرفه
· ورق هموار دو طرفه
· ضرایبی که در این سیستم انتخاب می شوند شامل نوع، اهمیت، وضعیت بار، عمق کف مورد نظر، اندازه بیرون نشستگی مورد نظر و نسبتها می باشند.
تخته بندی:
در جدول 3 مقادیر بارهای مجاز برای تخمین و اندازه بندی اولیه ارائه شده است
توزیع کنترلی اتفاقی
| دهانه ساده
| دهانه
| دهانه
| ضخامت اسمی پوشانه
|
Kg/m2
| Kg/m2
| m
| fest
| mm
|
122
| 225
| 829/1
| 6
| 51
|
517
264
| 302
156
| 438/2
048/3
| 8
10
| 76
|
439
254
| 259
151
| 048/3
658/3
| 10
12
| 89
|
229
151
| 137
93
| 267/4
878/4
| 14
16
| 102
|
200
200
| 117
188
| 486/5
096/6
| 18
20
| 127
|
جدول 4 بارهای مجاز وارده کل برای پوشانه ها
3- سیستم های دیوار:
سیستم های دیوار به عنوان المان های صفحه ای قائم یک ساختمان به شمار می روند. آنها ممکن است صفحات همگن و مرکبی بوده یا از ترکیب سیستمهای خطی ستونها که بوسیله پانلهای غیرسازه ای بین آنها پر شده است تشکیل شده باشند. دیوارهای خارجی به عنوان محافظ فضاهای داخلی از عوامل جوی خارجی عمل مب نمایند.سطح خارجی آنها باید در مقابل عوامل جوی از قبیل باران، خورشید و ... مقاوم باشد. دیوارهای داخلی یا جداکننده ها می تواند هم باربر باشد و هم فقط جداکننده. آنها همچنین باید سیستمهای مکانیکی و برقی را از خود عبور دهند.
اندازه و محل در و پنجره و بازشوها در دیوارها بوسیله نوع نور طبیعی ، تهویه هوا و منظره تعیین می گردد. بعلاوه این بازشوها باید با قیود سیستم دیوار سازی هم سازی داشته باشد تا بارهای قائم به طور مناسبی دوربازشو توزیع شده و تنشها از حد مجاز بیشتر نگردد.
انواع پوشش ها عبارت است از:
1-3- سیستم های مقاسیه دیوار: که شامل دیوارها با ستونکهای چوبی و دیوارها با ستونکهای فلزی می شود.
2-3- دیوارهای بنایی: با توجه به بارهای وارده نوع پوشش بنایی محاسبه می شود. از موادی همچون آجر، سنگ و بتن استفاده می شود و در برابر آتش سوزی مقاومت چوب را افزاش می دهند.
2-3- سیستم ستونک فلزی دیواری: در این سیستم بوسیله پانلهای پرکننده غیر باربر در میان ستونکهای فلزی قرار می گیرند و ستونهای اصلی در اینجا چوبی است . از نکات ویژه این سیستم مقاومت در برابر عوامل جوی و حرارت است زیرا پانلها بصورت سه لا می باشد و عایق بندی شده است. امروزه در سیستمهای پیش ساخته که در کارخانه توید می شوند، از این روش برای پوشش جداره های خارجی سازه های چوبی استفاده می نمایند.
______________________________
ادامه دارد . . .
