توسعه ی اولیه ی شبکه های فضایی:
معماران و مهندسان همواره در پی یافتن راه حل های جدید برای حل مسئله فضاهای محصور بوده اند. با صنعتی شدن وتوسعه د نیای مدرن تقاضا برای استفاده از سازه های با دهانه های بزرگ افزایش یافت.تا اواسط قرن 18 ، مصالح اصلی در دسترس برای معماران و مهندسان، سنگ ، چوب وآجر بود. از آن مصالح ، سنگ و آجر ، در برابر فشار مقاوم ، ولی در برابر کشش ضعیف بودند ، به همین دلیل برای سازه های سه بعدی مثل گنبد ها وطا ق ها منا سب بودند . از پیشرفت های قا بل توجه در این زمینه اجرای طاق ها توسط کارگران قرون وسطی بود.
بزرگترین دهانه ها در میان گنبد های آجری ، کلیسای سنت پیترز در رم(93-1588) و سانتاماریادل فیوره در فلورانس (34- 1420) بودند که هردو در پایه گنبد ، قطری معادل 42 متر داشتند . چوب مقاومت زیادی دربرابر کشش وفشار دارد ولی به صورت طبیعی تنها درطول ها ومقاطع عرضی محدود در دسترس است .
با وقوع انقلاب صنعتی ، تولید آهن و سپس فولاد گسترش یافت و تولید مصالح با مقاومت زیاد ، ساختن ساختمان های با ارتفاع بیشترودها نه های وسیعتر را امکان پذیر ساخت .همزمان با توسعه راه آهن وصنعتی شدن تولیدات کالاها ، تقاضا جهت سازه های با دهانه وسیع برای پل ها ، ایستگاه ها ، ساختمان انبارها و کارخانه ها افزایش یافت . در ابتدا مجموعه ای از خرپاهای متنوع شکل گرفت ودر مراحل بعد سازه های مشبک فضایی سه بعدی به وجود آمدند . بسیاری از فرم های سازه ای به ویژه اغلب شبکه های فضایی از مدول هایی تشکیل شده اند . نظریه ساخت ساختمان های مدولار به صورت یک رویای تحقق یافته تقریبا 150 سا ل قبل ، با طراحی ، ساخت و نصب قا ب های فلزی کریستال پالاس در هاید پارک لندن (برای برگذاری نمایشگاه بزرگی در سال 1851 ) شکل عملی یافت وکارایی این روش به خوبی نشان داده
سازه های نمادین مانند برج ایفل که از آهن شکل داده شده بین سا ل های 1877 و1899 در شهر پاریس ساخته شد ، دلیلی بر پایداری و دوام سازه های فلزی سه بعدی مدولار به شمار میروند .
شاید قدیمی ترین نمونه ها از انچه امروزه به عنوان قاب فضایی میشناسیم ( که دارای امتیاز هایی نظیر سبکی ، مقاومت ، سه بعدی ، امکان تولید انبوه و اجرا به روش سازه های مدولار می باشد ) توسط مخترع تلفن ، الکسا ندر گرا ها م بل( 1922- 1847 ) رواج یافت . در دهه اول قرن 21 او خرپاهای فضایی مرکب از قطعات 4 وجهی و 8 وجهی را آزمایش کرد .
گراهام بل خصوصیات دو گانه مقاومت بالا وسبکی وزن را با فرم های 4 وجهی سه بعدی صلب به نمایش گذاشت وازآنها دربسیاری ازپروژه هایش استفاده کرد. یکی از اولین سازه های مشبک فضایی فولادی با استفاده از اتصالات ریخته گری شده و اعضای لوله ای ، یک برج دیده بانی در بین بریگ ، آ مریکا بود که در سال 1907 توسط گراهام بل ساخته شد . با وجود پیشرفت حاصل از تلاش های گراهام بل در زمینه خرپاهای فضایی سه بعدی سبک وزن در اوایل قرن 20 ، تا قبل از معرفی سیستم مرو ( (MEROدر سال 1943 ، این خرپاها در معماری کاربردی نداشتند . این اولین سیستم شبکه فضایی بود که به صورت گسترده در دسترس معماران و مهندسان قرار گرفت و توسط دکتر مکس منگرینگ هوسن ( 88- 1903 ) معرفی شد .این سیستم ، هنوزهم رایج ترین روش درساخت خرپاهای فضایی است ، شامل اعضای لوله ای منفردواتصالاتی ازنوع پیوندهای کروی ( گوی سان ) است .عمومیت استفاده از این سیستم تا به امروز ادامه دارد زیرا علاوه بر زیبایی سازه ای می تواند به اشکا ل گوناگون وبا سیستم های متنوع ، متشکل از پیوند های کروی و لوله ها مورد استفاده قرار گیرد . یک نوع شناخته شده از این سیستم ، شبکه های دو لایه با استفاده از مدول های پیش ساخته است . در انگلستان ، دردهه 1950 ، دنینگ آف چارد سیستم سقف فضایی را براسا س مدول های هرمی فولادی پیش ساخته که به یکدیگرپیچ می شوند ( با ابعاد 1.22*1.22 متر در پلان و 1.05 متر یا 0.61 متر در ارتفاع ) توسعه داد. با اندکی تغییرات در ابعاد مدول ها و مصالح ، سیتم سقف فضایی تا کنون به صورت گسترده وموفقیت آمیز برای سازه های کف وبام مورد استفاده قرار گرفته است .در دهه 1950 و 1960،سیستم های مشبک فضایی در تمام دنیا مورد استفاده قرار گرفت . در امریکا ریچارد باکمینستر فولر(1981-1895) در پی مطالعاتی که در مورد نحوه اتصال تعدادی از کره ها به یکدیگر انجام داد، به سیستم خرپای هشت وجهی دست یافت . ارائه طرحهای جدید ریچارد باکمینستر فولر و رشد قابل انتظارسازه های مشبک سبب به وجود آمدن ساختمان سه ربع کره ای به قطر 76 متر به صورت گنبد ژئودزیک برای غرفه آمریکا در نمایشگاه اکسپو 67 مونترال ، کانادا شد . این غرفه توسط فولربا همکاری شرکت های سادائو ، ژئومتریکس و سیمپسون، گامپرتزو هگر طراحی شد
هندسه شبکه های فضایی – تفکر در سه بعد :
معماران و احتمالا بیش از آنان مهندسان ، برای پوشش دهانه های مختلف به سازه های مسطح ازقبیل تیرها ،خرپاها وقا ب های مسطح فکر میکنند .در بیشتر موارد در صورتی که طراحی به صورت سه بعدی انجام شود و برای دهانه های متوسط و دهانه های بلند از سازه های فضایی استفاده شود،مزایای بیشتری به دست می آید . در حقیقت همه سازه ها سه بعدی ودارای طول ، ارتفاع و ضخامتند . اگر چه تیرها وخرپاهای مسطح اغلب رفتار سازه ای دو بعدی دارند ، اما این عناصرسازه ای به طور کلی در یک صفحه د ر برابر بارهای وارده مقاومت می کنند. زمانی که دهانه سازه بیشتراز 10 متر میشود ، استفاده ازاعضای تیر د ر شبکه تک لایه ای اقتصادی نیست و خرپاهای با جان باز با شبکه های ویرندیل ممکن است جایگزین تیرهای توپر شود . در این صورت سازه از دو شبکه موازی افقی که با یک الگوی عمودی یا مایل ازاعضای جان واقع در بین دو صفحه شبکه به هم متصل شده اند ، تشکیل میشود .
این سازه سه بعدی به صورت کلی به عنوان شبکه های دو لایه یا شبکه های فضایی معرفی میشود ، همچنین اغلب بسته به نوع مهار بندی بین دو لایه و روش های اتصال اعضا به عنوان قاب فضایی یا خرپای فضایی شناخته می شوند . شبکه های دو لایه دلیل توانایی تقسیم وحمل بار در تمام سازه است و به عنوان یکی از کاراترین و سبک ترین سیستم های سازه ای شناخته می شوند .عبارت " قاب فضایی " بیشتر توسط مهندسان و معماران برای توضیح انواع گوناگونی از شبکه های دو لایه ای که حتی ممکن است بارها را توسط رفتارهای سازه ای کاملا متفاوتی حمل کنند ، به کار می رود .
انواع شبکه های فضایی به شرح زیر است :
1-- شبکه های دو لایه با اعضای ما یل جان
2—شبکه های دو لایه بدون اعضای ما یل جانحالت
( 1) بر اسا س رفتار خرپاها و سازه های کاملا مثلثی است که اغلب از میله هایی با انتهای مفصلی یا اعضایی که مابین گره ها متصل شده اند ، تشکیل شده است . در این نوع سازه ها که باید آن را خرپای فضایی نامید ، اگر بارها به طور مستقیم بر گره ها وارد شود ، اعضای درون شبکۀ فضایی ، نیروی کششی یا فشاری محوری را تحمل می کنند .درنوع (2) تقا طع اعضا به صورت قاب هاست وبه صورت مشابهی دارای اتصالات کاملا صلب هستند و در برابر بارهای وارده همانند رفتار قاب ها مقاومت می کنند . این شبکه های دو لایه قا ب فضایی واقعی هستند و اغلب به صورت پیش ساخته از مدول های سه بعدی تشکیل شده و یا اینکه از طریق جوش دادن اعضای منفرد به یکدیگر در محل ساخته می شوند . احتمالا کسب توانایی لازم برای تشخیص صحیح تفاوت های بین خرپای فضایی وقاب فضایی ، برای معمار به اندازه یک مهندس مهم نیست .در کاربرد رایج ، اصطلاح " قاب فضایی " اغلب به تمامی شبکه های فضایی اطلاق شده و بیشتر شامل سیستم های مدولاری است که در واقع خرپای فضایی می باشند .
پایداری خرپای فضایی :
اگر چه پایداری سازه خرپای فضایی بر اسا س شکل هندسی حاصل می شود ، اما پایداری قاب های فضایی با اتصالات صلب ،بر اساس مقاومت خمشی اتصالات سازه آن ها به دست می آید . برای شکل دادن پایداری یک خرپا با اتصالات مفصلی متشکل از گره ها و اعضای محوری ، لازم است یک سازه مثلثی ساخته شود . در سازه خرپای فضایی مفصلی سه بعدی ( متفاوت با آنچه به عنوان فرمول ماکسول و قانون فوپل شناخته شده است ) که در آن ، شرایط زیر برای پایداری الزاما باید فراهم شود
n=3j – 6
n= تعداد اعضای سازه
J = تعداد گره های سازه
6 = کمترین عدد به عنوان عکس العمل های تکیه گاهی
از فرمول فوق می توان نتیجه گرفت اگر سازه ای دارای هندسه کاملا مثلثی نباشد ، با تامین تکیه گاه های خارجی اضافی و کافی میتوان آن را پایدار کرد.
تعریف شبکه :
رفتار سازه های مشبک فضا یی قابل مقایسه با صفحات مسطح است و قبل از پیشرفت درمحاسبا ت دیجیتا لی سریع ونرم افزارها ی تحلیل سازه های سه بعدی مناسب ، نیروی داخلی اعضای شبکه های فضایی با استفاده از محاسبات دستی بر پایه تئوری صفحات تعیین میشد . فناوری کامپیوتر ها طی دهه های 1980 و1990 به سرعت تغییر کرد امروزه می توان تعداد زیادی شبکه فضایی را به عنوان سازه عضو و گره مجرد بر روی صفحه نمایش کامپیوتر در کمترین زمان ، بسته به اندازه وپیچیدگی شکل و بارگذاری آن تحلیل و مد ل کرد . برای تحلیل سازه ای ،تعیین اطلاعات سازه و مشخص کردن محل گره ها لازم است . همچنین جهت ،محل و مشخصا ت فیزیکی هر عضو ، نوع اتصا ل بین میله ها و گره ها ومحل و درجه مقید بودن برای هر تکیه گاه مشخص شود .کارخانه های تولید شبکه های فضایی اغلب برنامه های کامپیوتری ازقبل پردازش شده ای مخصوص تولیدات خود برای مختصات گره ها ، فهرست اعضا و توضیح اینکه کدام یک از اعضا به کدام گره در شبکه های سازه متصل می شوند ، دارند .هنگامی که مشخصات کمٌی شکل یک سا زه فضایی مشخص شده باشد ،می توان از محاسبات بیشتری برای ایجا د فرم های سا زه ای پیچیده تر استفاده کرد . پردازش شکل ، همانطور که گفته شد ، ممکن است از طریق نرم افزارهای کامپیوتری که برای تولیدات کارخانه های سازنده توسعه یافته ،انجام شود یا اینکه توسط برنامه هایی مانند : فرمین (Foramina ) بر پایۀ جبر فر مکس ( Formic ) که توسط پروفسور هوشیار نوشین در دانشگاه ساری گیلفورد انگلستان توسعه یافته است ، صورت گیرد .پیشرفت بیشتر در تولید پردازش شکل شبکۀ فضایی از مبادلۀ اطلاعات بین نرم افزارطراحی با کامپیوتر ( CAD ) که برای ترسیمات مهندسی و معماری به کار می رود ونرم افزارهای تجزیه و تحلیل سازه حاصل می شود .
اين نوع شبکه ها در واقع نوعي قاب مسطح هستند که امتداد بارهای وارده و خود شبکه در يک صفحه واقع نيستند.در واقع فرق بين يک شبکه و قاب مسطح در امتداد اثر بارهای موثر بر سازه مي باشد.سازه ايکه در آن بار وارده عمود بر صفحه سازه اثر ميکند به شبکه موسوم است .سازه هايي نظير سايه بانها ، عرشه پلها و ... از اين نوع مي باشند.شبکه تک لايه نيز شبکه ای متشکل از يک سری المان و گره است که به دو صورت مورب و موازی توليد مي شوند.در اعضای مورب هزینه تمام شده از حالت موازی بيشتر است ؛زيرا اعضای آن دارای طولهای مختلف هستند و همگي در زوايای قائمه به يکديگر متصل نمي باشند اما شبکه مورب برای ارتفاع يا ضخامت کل يکسان از شبکه موازی سخت تر است.شبکه های تک لايه جهت دهانه های نسبتا کم بار بکار می روند و به اشکال تخت ، نيم استوانه ای ، گنبدی و زين اسبي ساخته مي شوند.
محاسبه وبررسي ضريب رفتارسازه هاي فضاكارگنبدي تك لايه
امروزه با پيشرفت علوم و تكنولوژي نيازها و خواسته هاي جديدي در زمينه مهندسي سازه رخ نموده است عامل زمان در ساخت سازه ها اهميت
دوچندان يافته و اين امر گرايش به سازه هاي پيش ساخته را افزايش داده است همچنين با افزايش جمعيت جوامع بشري علاقه به داشتن فضاهاي
بزرگ بدون حضور ستون هاي مياني خواهان بسيار پيدا كرده است در اين راستا از اوايل قرن حاضر تعدادي از متخصصين مجذوب قابليت هاي منحصر بفرد سازه هاي فضاكار 3 گشته و پاسخ بسياري از نيازهاي جديد را در اين سازه ها جسته اند و البته به نتايج بسيار مثبتي نيز دست يافتند با انتشار اين نتايج روز به روز اين عرصه با اقبال بيشتري مواجه گرديد به گونه اي كه با گذشت چندين دهه هنوز هم مطالعه سازه هاي فض اكار در كانون تحقيقات
متخصصين و دانشجويان قرار دارد.
در اين مقاله منظور از عبارت سازه فضاكار سيستم هاي اسكلت فلزي بوده كه از بافت تعداد زيادي المان يا مدول با شكلهاي استاندارد به يكديگر
تشكيل مي شوند و نهايتاً يك سيستم سبك و يا صليبت زياد را ايجاد مي كنند.
تجربه تاثير زلزله هاي گذشته بر سازه ها نشان مي دهد كه سازه ها در هنگام زلزله رفتاري غير خطي دارند و بدين دليل مقدار قابل توجهي از انرژي
ورودي زلز له را به صورت انرژي ميرايي و پسامند تلف مي كنند . بنابراين سازه ها را معمولاً بر اساس ضوابط آيين نامه هاي زلزله براي نيروي زلزله كه
بسيار كمتر از نيروي لازم در حالت رفتار خطي الاستيك مي باشد طراحي مي نمايند . تحليل رفتار و طراحي دقيق سازه ها در مقابل زلزله هاي شديد
تنها با تحليل غير خطي ميسر مي باشد اين نوع تحليل با توجه به وقتگير بودن محاسبات و نياز به داشتن نر م افزارهاي پيشرفته و دانش تحليلي قوي،
روشي پرهزينه مي باشد و انجام آن براي سازه هاي معمولي در دفاتر مهندسي عملاً غير اقتصادي مي باشد . بنابراين با توجه به سهولت و گستردگي
روشهاي تحليل و طراحي سازه در محدوده خطي با نيروهاي تقليل يافته زلزله مي باشد . نيروي زلزله براي تحليل و طراحي خطي سازه ها ، از يك طيف
خطي زلزله بدست مي آي د . به منظور كاهش نيروي اعمالي زلزله بدليل رفتار غير خطي سازه ناشي از عواملي مانند شكل پذيري، اضافه مقاومت ، ميرايي
[ كاهش پيدا مي كند.[ 1 ،(R) و غيره، نيروي خطي محاسبه شده از طيف خطي طرح بوسيله ضريبي به نام ضريب رفتار سازه
براي تعيين ضريب رفتار گنبدها و دستيابي به يك مقدار مشخص و كلي نياز به مطالعه تعداد زيادي مدل مي باشد در اين تحقيق چهار نوع شبكه گنبد
فضا كار تك لايه مطابق شكل ( 1)، كه عبارت از : 1- گنبدهاي شودلر، 2- گنبدهاي تريمد شولدر ، 3-گنبدهاي لاملاي نو ع (1)و 4- گنبدهاي لاملاي
( نوع 2) و 5- ب گنبد دياماتيك با نسبت دهانه به ارتفاع هاي مختلف h/s) ) در نظر گرفته شده اند كه تعداد كل مدل هاي انتخاب شده 100 عد میباشد. باشد هر كدام از اين گنبد ها تحت بارگذاري مطابق با آيين نامه 519 قرار مي گيرند و سپس در نرم افزار SAP 2000 تحليل و طراحي شده اند لازم مي انجام گرفته است طراحي ها بر اساس آيين نامه انجام گرفته شده است 89 AISC-ASD و كليه ضوابط طراحي نظير كنترل كمانش و كنترل نسبت تنش در اعضاء در نظر گرفته شده اند و بعد از طراحي ، اين سازه ها براي تحليل غير خطي به نرم افزار ANSYS انتقال داده شده اند
تعریف شبکه :
رفتار سازه های مشبک فضا یی قابل مقایسه با صفحات مسطح است و قبل از پیشرفت درمحاسبا ت دیجیتا لی سریع ونرم افزارها ی تحلیل سازه های سه بعدی مناسب ، نیروی داخلی اعضای شبکه های فضایی با استفاده از محاسبات دستی بر پایه تئوری صفحات تعیین میشد . فناوری کامپیوتر ها طی دهه های 1980 و1990 به سرعت تغییر کرد امروزه می توان تعداد زیادی شبکه فضایی را به عنوان سازه عضو و گره مجرد بر روی صفحه نمایش کامپیوتر در کمترین زمان ، بسته به اندازه وپیچیدگی شکل و بارگذاری آن تحلیل و مد ل کرد . برای تحلیل سازه ای ،تعیین اطلاعات سازه و مشخص کردن محل گره ها لازم است . همچنین جهت ،محل و مشخصا ت فیزیکی هر عضو ، نوع اتصا ل بین میله ها و گره ها ومحل و درجه مقید بودن برای هر تکیه گاه مشخص شود .کارخانه های تولید شبکه های فضایی اغلب برنامه های کامپیوتری ازقبل پردازش شده ای مخصوص تولیدات خود برای مختصات گره ها ، فهرست اعضا و توضیح اینکه کدام یک از اعضا به کدام گره در شبکه های سازه متصل می شوند ، دارند .هنگامی که مشخصات کمٌی شکل یک سا زه فضایی مشخص شده باشد ،می توان از محاسبات بیشتری برای ایجا د فرم های سا زه ای پیچیده تر استفاده کرد . پردازش شکل ، همانطور که گفته شد ، ممکن است از طریق نرم افزارهای کامپیوتری که برای تولیدات کارخانه های سازنده توسعه یافته ،انجام شود یا اینکه توسط برنامه هایی مانند : فرمین (Foramina ) بر پایۀ جبر فر مکس ( Formic ) که توسط پروفسور هوشیار نوشین در دانشگاه ساری گیلفورد انگلستان توسعه یافته است ، صورت گیرد .پیشرفت بیشتر در تولید پردازش شکل شبکۀ فضایی از مبادلۀ اطلاعات بین نرم افزارطراحی با کامپیوتر ( CAD ) که برای ترسیمات مهندسی و معماری به کار می رود ونرم افزارهای تجزیه و تحلیل سازه حاصل می شود .
اين نوع شبکه ها در واقع نوعي قاب مسطح هستند که امتداد بارهای وارده و خود شبکه در يک صفحه واقع نيستند.در واقع فرق بين يک شبکه و قاب مسطح در امتداد اثر بارهای موثر بر سازه مي باشد.سازه ايکه در آن بار وارده عمود بر صفحه سازه اثر ميکند به شبکه موسوم است .سازه هايي نظير سايه بانها ، عرشه پلها و ... از اين نوع مي باشند.شبکه تک لايه نيز شبکه ای متشکل از يک سری المان و گره است که به دو صورت مورب و موازی توليد مي شوند.در اعضای مورب هزینه تمام شده از حالت موازی بيشتر است ؛زيرا اعضای آن دارای طولهای مختلف هستند و همگي در زوايای قائمه به يکديگر متصل نمي باشند اما شبکه مورب برای ارتفاع يا ضخامت کل يکسان از شبکه موازی سخت تر است.شبکه های تک لايه جهت دهانه های نسبتا کم بار بکار می روند و به اشکال تخت ، نيم استوانه ای ، گنبدی و زين اسبي ساخته مي شوند.
محاسبه وبررسي ضريب رفتارسازه هاي فضاكارگنبدي تك لايه
امروزه با پيشرفت علوم و تكنولوژي نيازها و خواسته هاي جديدي در زمينه مهندسي سازه رخ نموده است عامل زمان در ساخت سازه ها اهميت
دوچندان يافته و اين امر گرايش به سازه هاي پيش ساخته را افزايش داده است همچنين با افزايش جمعيت جوامع بشري علاقه به داشتن فضاهاي
بزرگ بدون حضور ستون هاي مياني خواهان بسيار پيدا كرده است در اين راستا از اوايل قرن حاضر تعدادي از متخصصين مجذوب قابليت هاي منحصر بفرد سازه هاي فضاكار 3 گشته و پاسخ بسياري از نيازهاي جديد را در اين سازه ها جسته اند و البته به نتايج بسيار مثبتي نيز دست يافتند با انتشار اين نتايج روز به روز اين عرصه با اقبال بيشتري مواجه گرديد به گونه اي كه با گذشت چندين دهه هنوز هم مطالعه سازه هاي فض اكار در كانون تحقيقات
متخصصين و دانشجويان قرار دارد.
در اين مقاله منظور از عبارت سازه فضاكار سيستم هاي اسكلت فلزي بوده كه از بافت تعداد زيادي المان يا مدول با شكلهاي استاندارد به يكديگر
تشكيل مي شوند و نهايتاً يك سيستم سبك و يا صليبت زياد را ايجاد مي كنند.
تجربه تاثير زلزله هاي گذشته بر سازه ها نشان مي دهد كه سازه ها در هنگام زلزله رفتاري غير خطي دارند و بدين دليل مقدار قابل توجهي از انرژي
ورودي زلز له را به صورت انرژي ميرايي و پسامند تلف مي كنند . بنابراين سازه ها را معمولاً بر اساس ضوابط آيين نامه هاي زلزله براي نيروي زلزله كه
بسيار كمتر از نيروي لازم در حالت رفتار خطي الاستيك مي باشد طراحي مي نمايند . تحليل رفتار و طراحي دقيق سازه ها در مقابل زلزله هاي شديد
تنها با تحليل غير خطي ميسر مي باشد اين نوع تحليل با توجه به وقتگير بودن محاسبات و نياز به داشتن نر م افزارهاي پيشرفته و دانش تحليلي قوي،
روشي پرهزينه مي باشد و انجام آن براي سازه هاي معمولي در دفاتر مهندسي عملاً غير اقتصادي مي باشد . بنابراين با توجه به سهولت و گستردگي
روشهاي تحليل و طراحي سازه در محدوده خطي با نيروهاي تقليل يافته زلزله مي باشد . نيروي زلزله براي تحليل و طراحي خطي سازه ها ، از يك طيف
خطي زلزله بدست مي آي د . به منظور كاهش نيروي اعمالي زلزله بدليل رفتار غير خطي سازه ناشي از عواملي مانند شكل پذيري، اضافه مقاومت ، ميرايي
[ كاهش پيدا مي كند.[ 1 ،(R) و غيره، نيروي خطي محاسبه شده از طيف خطي طرح بوسيله ضريبي به نام ضريب رفتار سازه
براي تعيين ضريب رفتار گنبدها و دستيابي به يك مقدار مشخص و كلي نياز به مطالعه تعداد زيادي مدل مي باشد در اين تحقيق چهار نوع شبكه گنبد
فضا كار تك لايه مطابق شكل ( 1)، كه عبارت از : 1- گنبدهاي شودلر، 2- گنبدهاي تريمد شولدر ، 3-گنبدهاي لاملاي نو ع (1)و 4- گنبدهاي لاملاي
( نوع 2) و 5- ب گنبد دياماتيك با نسبت دهانه به ارتفاع هاي مختلف h/s) ) در نظر گرفته شده اند كه تعداد كل مدل هاي انتخاب شده 100 عد میباشد. باشد هر كدام از اين گنبد ها تحت بارگذاري مطابق با آيين نامه 519 قرار مي گيرند و سپس در نرم افزار SAP 2000 تحليل و طراحي شده اند لازم مي انجام گرفته است طراحي ها بر اساس آيين نامه انجام گرفته شده است 89 AISC-ASD و كليه ضوابط طراحي نظير كنترل كمانش و كنترل نسبت تنش در اعضاء در نظر گرفته شده اند و بعد از طراحي ، اين سازه ها براي تحليل غير خطي به نرم افزار ANSYS انتقال داده شده اند
II شبکه های تخت دو لايه و چند لايه
هرگاه دوشبکه مسطح در کنار هم قرار گرفت (به موازات هم) و به وسيله المانهايي به هم متصل شوند، سازه بوجود آمده را شبکه دو لايه می نامند.
شبکه های دو و چند لایه برای دهنه های 20m الي 120m بطور معمول مورد استفاده قرار مي گيرد.با اين شبکه ها مي توان فضای زيادی را بدون قرار دادن ستونهای مياني پوشش داد؛وليکن بايد سعي نمود که ستونها کمتر حذف گردند زيرا با حذف ستونها هزينه سازه بيشتر مي گردد و سازه طراحي شده غير اقتصادی مي گردد.از شبکه های دولايه در امتداد عمودی نيز به عنوان بخشي از ديوار و يا با هر زاويه دلخواه ديگر استفاده مي کنند.ارتفاع بين دو لايه برای فواصل بزرگ20/1تا 50/1 طول دهنه مي باشد.
بهینه سازی شبکه های تخت دولایه بااستفاده از الگوریتم ژنتیک وتحلیل تقریبی سازه:
در الگوريتم وراثتي، هر متغيرطراحي بوسيله رشته اي از اعداد – در اين مقاله اعداد دودويي- مشخص مي گردد كه اصطلاحا ژن ناميده مي شود. از كنار
هم قرار دادن ژن هاي مربوط به كليه متغيرها، رشته اي با طول ثابت ايجاد مي شود كه به كروموزوم موسوم است . با مشخص شدن طول رشته
كروموزوم مربوط به يك مس ئله بهينه سازي ، تعداد مشخصي از رشته ها بصورت تصادفي ايجاد مي شوند كه به آن ها جمعيت اوليه گفته مي شود .
الگوريتم وراثتي در اين جمعيت اقدام به شناسايي برازند هترين فرد مي كند و در ادامه با استفاده از عملگرهاي پيوند و جهش ، جمعيت جديدي را
جايگزين جمعيت قبلي مي كند و روند قبلي در مورد افراد نسل جديد تكرار مي گردد و اين مراحل تا رسيدن به جواب بهينه و ارضاي شرايط همگرايي
ادامه مي يابد
متغيرهاي طراحي در مسئله بهينه سازي شبكه دو لايه فضاكار
در اين مقاله ، سطح مقطع اعضا و ارتفاع شبكه دو لايه، متغيرهاي مسئله بهينه سازي را تشكيل مي دهند. اعضاي شبكه بالا، پايين و مياني هر يك به
سه تيپ تقسيم مي شوند . بنابراين سطح مقطع اعضا، در مجموع 9 متغير طراحي را تشكيل مي دهند . بدين منظور، ابتدا براي تمامي اعضا سطح مقطع
يكسان و ارتفاعي برابر ميانگين حداكثر و حداقل ارتفاع مجاز در نظر گرفته ميشود. سپس سازه آناليز شده و نيروهاي داخلي اعضا محاسبه مي گردد .
پس از محاسبه نيروهاي داخلي اعضا، اعضاي سازه تيپ بندي ميشوند.
متغير سطح مقطح اعضا
از رابطه زير تعيين مي شود: ( li ) ام i پروفيل انتخاب نمود، طول زير رشته تيپ m ام را از ميان i اگر بتوان سطح مقطع متغير
2li ≥ m (1)
تبديل مي شود: I جهت رمزگشايي ژن هر متغير، ابتدا زيررشته دودويي آن با استفاده از رابطه زير به عدد دهدهي
به I ام است كه مقدار آن صفر و يا يك مي باشد . سپس با ايجاد تناظر يك به يك از i م قدار عددي بيت C(i) طول زيررشته و l ، در رابطه فوق
مجموعه نيمرخهاي عرضي، مشخصات فيزيكي هر نيمرخ عرضي تعيين مي شود.
حال براي شروع بهينه سازي در زيرفضاي پنج گانه، در دو نقطه از اين زيرفضا -سازه اي با متغيرهاي ستون دوم و چهارم - تحليل دقيق انجام مي شود
و سپس هنگام كنترل قيود در فرايند بهينه سازي، نيروي داخلي اعضا و جابجايي گر هها با استفاده از روش تقريب سازي دو نقطه اي درجه دوم محاسبه
مي گردد.
تحليل موضعي سازه
در اين تحقيق، جهت بالا بردن سرعت بهينه سازي، علاوه بر استفاده از خصوصيت تحليل سريع سازه بوسيله روشهاي تقريب سازي، از خصوصيت دوم
اين روشها نيز استفاده شده است. در واقع اين روشها، علاوه بر تحليل سريع سازه، توانايي تحليل موضعي سازه را نيز دارند. به عبارت ديگر، اين روشها
مي توانند بدون نياز به تحليل كل سازه، فقط در قسمتهاي ضروري (اعضا و گرههاي بحراني) نيروي داخلي اعضا و جابجايي گر هها را محاسبه نمايند.
براي يافتن اعضاي بحراني، از دو تحليل دقيق انجام شده در ستونهاي دوم و چهارم زيرفضا استفاده مي شود. بدين منظور، در هر يك از تحليلهاي دقيق،
اعضاي هر تيپ به دو گروه فشاري و كششي تقسيم مي گردند و در هر گروه، اعضا بر اساس قدر مطلق نيروي داخلي و به ترتيب نزولي مرتب مي گردند.
را تشكيل مي ne سپس شماره اعضاي اول، دوم و سوم - كه به ترتيب داراي بيشترين نيرو هستند- ذخيره مي گردد، بطوريكه در نهايت تعداد آنها
دهند. مشابه همين عمل در مورد جابجايي گر هها نيز انجام مي شود و تنها جابجايي يك گره كنترل مي گردد.
تحليل تقريبي سازه
در اين روش، ابتدا تحليل دقيق در دو نقطه طراحي انجام مي گيرد و سپس با استفاده از اين مقادير و مشتقات اول و دوم توابع نسبت به هر ده متغير
.[ طراحي، نيروي هر عضو و جابجائي هر گره تعيين مي شود