عمران نوین

با سلام

به معرفی سازه با هسته مرکزی یا Super Frame برای ساختمان های بلندمرتبه می پردازیم (که کمتر در سایت ها و منابع مختلف به این نوع سازه توجه شده است).

امید است این مطالب برای شما عزیزان مفید باشد.

سازه با هسته مرکزی

مقدمه

ساخت ساختمان هاي بلندمرتبه درسراسردنيا به سرعت درحال افزايش است و اين روند به دنبال رشدسريع اقتصادي و گسترش روزافزون شهرها و افزايش تقاضا براي فضا درمناطق پرجمعيت سرعت بيشتري گرفته است همينطور كه اين اسمان خراشها به ارتفاع بلندتري مي رسند تبديل به نمادي ازقدرت و برتري پيشرفت تكنولوژي و توسعه اقتصادي كشورها ميشوند ازاين رو استفادها از سيستم هاي جديد سازه اي و تكنولوژيهاي نوين ساخت با هدف دستيابي به ساختمان هايي با ارتفاع هرچه بلندتر مدنظر طراحان و مهندسان قرارگرفته است.

ازآنجايي كه افزايش ارتفاع سازه هاي ساختماني  بلندمرتبه  محدوديت هايي در ضوابط طراحي ايجاد مي كند و همچنين بهدليل ظهور گسترده فرم هاي نامنظم و پيچيده ساختماني درسالهاي اخير و ضرورت ارضا الزامات سازه اي اينگونه فرم ها و نيز قابل ساخت كردن آنها انتخاب سيستم سازه اي مناسب به نحوي كه با مصرف كمترين مقدار مصالح بيشترين كارايي را ايجاد مي كند امري ضروري مي باشد يكي ازاين سيستم ها سازه هسته مركزي با مهاربازويي است كه امروزه به علت كارايي سازه اي بالا درتحمل نيروهاي جانبي بصورت گسترده اي درساختمان هاي بلندمرتبه استفادهميشود دراين مقاله ويژگيهاي سازه اي و معماري اين سيستم مورد بحث و بررسي قرارگرفته است.

پیشگفتار

با توجه به قرار گرفتن کشور ما بر روي کمربند زلزلۀ آلپ – هیمالیا، سالانه تعداد قابل ملاحظهاي زلزله در آن رخ میدهد. براساس آمار موجود، تقریباً همه ساله، یک زلزله با بزرگی بیش از ۶ ریشتر و… ، در هر چند سال، یک زلزله مخرب بزرگتر از ۷ ریشتر، در کشور، رخ میدهد. این مسأله نشان میدهد که توجه کردن به پایداري ساختمان، در برابر زلزله، یک ضرورت اصلی است. اگرچه در سالهاي اخیر بلند مرتبه سازي در کشور رونق فراوانی یافته است، اما اغلب، روش ساخت به صورت سنتی انجام پذیرفته و تنها با بزرگ کردن ابعاد یک ساختمان سنتی دو یا سه طبقه اقدام به ساخت بناهاي بیست طبقه و یا بلندتر شده است. واضح است که، با تکیه بر روشهاي سنتی، نمیتوان ساختمان بلندي که در برابر زلزله هاي مخرب مقاوم باشد، ساخت.

حتی اگر کلیه ضوابط آیین نامه زلزله از نظر طراحی و محاسبات رعایت شده باشد، با اجراي سنتی و دخالت انسان در اجزاي مقاوم کننده ساختمان همانند بتن ریزي ها و جوشکاري ها هرگز نمیتوان به یکسازه مناسب دست پیدا کرد.

ساختمان حتی اگر در محدوده کوچکی اشکال اجرایی داشته باشد، در زمان وقوع زلزله از آن ناحیه، آسیب دیده و خرابی به سایر نقاط سرایت خواهد نمود. فناوريهاي نو تلاش میکنند تا دخالت انسان را در حین ساختن به حداقل رسانده و با صنعتی کردن اجرا، یک ساختمان همگن و مطمئن بنا نمایند.

در سالهاي اخیر  R.C یکی از روشهاي مدرن و مناسب براي کشور ما روش سوپرفریم ، به خصوص پس از وقوع زلزله مخرب کوبه در کشور ژاپن، ابداع شده و هم اکنون ساختمانهاي بلند مسکونی زیادي را با آن روش به مورد اجرا میگذارند. در این روش ضمن کاهش مقاطع باربر، با پیش ساخته نمودن ستونها و همچنین کنترل حرکات ساختمان در حین زلزله و جذب انرژي به وسیله میراگرهاي هیدرومکانیکی، یکساختمان مطمئن از نظر رفتار در برابر نیروها و بسیار مناسب براي سکونت ساخته میشود.

انواع سیستم های سازه ای ساختمان‌های بلند

عناصر سازه‌ای اساسی ساختمان عبارتند از: عناصر خطی (ستون و تیر)، عناصر سطحی (دیوار و دال) و عناصر فضایی (پوش نما یا هسته مرکزی)
ترکیبی از این عناصر اساسی سازه استخوان‌بندی ساختمان را به وجود می آورد . راه‌حل‌های ممکن بی‌نهایت زیادی را می‌توان در پیش چشم تجسم نمود که متداول‌ترین آنها عبارتند از:

۱- دیوارهای باربر موازی:

این سیستم از عناصر صفحه‌ای قائم تشکیل شده است و اکثراً برای ساختمانهای آپارتمانی بکار می‌رود که در آنها فضاهای آزاد بزرگ لازم نیست و سیستم‌های مکانیکی سازه‌ هسته‌ای را ایجاب نمی‌کند.

۲- هسته‌ها و دیوارهای باربر نمایی

عناصر صفحه‌ای قائم و حول سازه هسته دیوارهای خارجی را تشکیل می‌دهند. در این روش فضاهای داخلی باز ایجاد می‌شود که وسعت آنها بستگی به ظرفیت سازه کف در پوشاندن دهانه ها دارد.

۳- صندوق‌های خود متکی:

صندوق‌ها واحدهای سه بعدی پیش ساخته‌ای هستند که وقتی در محل قرار می‌گیرند و به یکدیگر متصل می‌شوند به سازه با دیوار باربر شبیه می‌باشند.

۴- دال طره شده:

 در این سیستم کف‌ها به یک هسته مرکزی متکی می‌باشند و فضای بدون ستونی ایجاد می‌کنند.

۵- دال مسطح:

• این سیستم صفحه‌ای افقی بطور کلی شامل دال‌های بتنی کف با ضخامت یکنواخت می‌باشد که روی ستون‌ها قرار دارند. در این روش تیرهای با ارتفاع مقطع زیاد وجود ندارد و به حداقل ارتفاع طبقه می‌توان دست یافت.

۶- سیستم فاصله‌گذاری

• سازه‌های قاب طره‌ای با ارتفاع طبقه، برای ایجاد فضای قابل استفاده در داخل و بالای قاب، یک طبقه درمیان بکار برده می‌شوند.۷- سیستم معلق:
• در این سیستم با بکاربردن عناصر معلق بجای ستون ها برای حمل بارهای کف،‌ استفاده مؤثر از مصالح نتیجه می‌گردد. در این سیستم کابل‌ها بارهای وزن را به خرپاهایی که از یک هسته مرکزی طره شده‌اند حمل می‌کنند.

۸- خرپاهای متناوب:

• خرپاهای به ارتفاع طبقه چنان قرار می‌گیرند که کف هر طبقه بصورت یک در میان روی قسمت تحتانی و یا فوقانی یک خرپا واقع می‌باشد.

۹- قاب صلب:

• عناصر خطی بوسیله اتصالات صلب به یکدیگر متصل می‌شوند و تشکیل صفحات قائم و افقی می‌دهند. ارتفاع طبقه و فاصله ستون‌ها از ملاحظات تعیین کننده طرح در این سیستم می‌باشند.
  ۱۰- قاب و هسته مرکزی: قاب صلب بارهای جانبی را اساساً بوسیله خمش تیرها و ستونها تحمل می‌کند. چنین سیستم‌های هسته‌ای، دستگاه‌های مکانیکی و حمل و نقل را در خود جای می‌دهند.

۱۱- قاب خرپایی:

• ترکیب نمودن یک قاب صلب با خرپاهای برشی قائم بر مقاومت و سختی سازه می‌افزاید. طرح این سازه ممکن است براساس استفاده از قاب برای مقاومت در مقابل بارهای وزن و مزایای قائم در برابر باد صورت گیرد.

۱۲- قاب با خرپاهای کمربندی و هسته مرکزی:

• خرپاهای کمربندی ستون‌های نما را به هسته مرکزی متصل می‌نمایند و بدین ترتیب عمل انفرادی قاب و هسته مرکزی را حذف می‌کنند.

۱۳- لوله در لوله:

• ستون‌ها و تیرهای خارجی ساختمان چنان مجاور هم قرار داده می‌شوند که نمای ساختمان ظاهراً شبیه دیواری با سوراخ‌های متعدد پنجره‌ای است. در این حالت هسته (لوله) داخلی با لوله نما در حمل بارها سهیم بوده و بر سختی آن می‌افزاید.

۱۴- لوله‌های دسته شده:

• سیستم لوله‌های دسته شده را می‌توان بصورت مجموعه‌ای از لوله‌های انفرادی تجسم کرد که تشکیل یک لوله چند واحدی را می‌دهند. بدین ترتیب آشکار است که بر سختی سازه افزوده می‌گردد. این سیستم بلندترین ارتفاع و بیشترین سطح کنار را امکان پذیر می‌سازد.

۱۵- سازه های مرتفع با هسته مرکزی

• در این نوع سیستم، ناحیه جذب و جمع آوری بارهای هر سطح (طبقه) در مرکز تقلی ساختمان تعیین شده است. ساختار این هسته مرکزی به صورت شاه تیر قائم طره ای مقاوم در برابر تنش های ناشی از اعمال نیرو بر آن می باشد؛ این هسته مرکزی که از جنس بتن یا فولاد می باشد در مرکز ساختمان قرار می گیرد و طبقات به آن کنسول می شوند،
• این سیستم سازه ای در جهت حذف عناصر قائم باربر و به حداقل رساندن آن قدم بر می دارد و عضو قائم سازه ای را تنها در یک نقطه جمع می کند؛ دهانه های گسترده و امکان طراحی پلان انعطاف پذیر و سازماندهی فضاها، از خصوصیات این نوع سیستم سازه ای به حساب می آید
• هر نوع تغییر در شکل، جنس و اندازه هسته مرکزی تحت تاثر طول، ارتفاع و عرض ساختمان و محل قرارگیری این هسته  می باشد.
• بارهای جانبی^۵ ناشی از باد و زلزله، از مهمترین عوامل تاثیر گذار در طراحی سازه و طراحی معماری ساختمان های بلند مرتبه می باشد؛ به همین دلیل راهکارهای هم سو با خواسته­های طراح در حل این مسئله از مهمترین دغدغه های طراحی سازه می باشد.

• افزودن هسته های مرکزی
• همانطوریکه در شکل زیر نشان داده شده است یک هسته تثبیت شده بوسیله گروت میتواند به یک دیوار ساختمانهای بنایی غیرمسلح اضافه شود تا رفتار آن را به یک دیوار مسلح تغییر دهد. گروت باید پیوستگی کافی را میان عناصر تقویتی و مصالح بنایی موجود ایجاد کند تا بتواند نیروی زلزله را منتقل کند. مشخصات مقاومتی و مدول گروت باید با مصالح بنایی موجود سازگار باشد. فولادهای اضافه شده به مقدار زیادی شکل پذیری دیوارهای برشی را اضافه می نماید.

مقاوم سازی به روش هسته مرکزی

نمونه ساختمانها با سازه هسته مرکزی

• این ساختمان که طرحی از Hans Hollein و شرکاست، بورس اوراق بهادار تهران قصد دارد تبدیل به یک نماد شهری شود. نفوذ معماری در ساختمان، آن را به سازه‌ای قابل تشخیص در بافت شهری تبدیل کرده است.
  این برج اداری مستطیل شکل با محیط پیرامونش سازگاری دارد اما نمای TSE ادغامی نوآورانه از نوع‌شناسی ساختمان و کنتراست شدید با دیگر ساختمان‌های مجاور است: نمایی از دیوار پنجره پنجره و آجرهای سرامیکی.
• قرار گرفتن ساختمان TSE در منطقه شمال تهران بسیار بجا و مناسب است. با استفاده از خطهای مستقیم، پارادوکس معماری که در این ساختمان نسبت به بافت شهری مشهود بود از میان رفت.
• مکعبی با هسته مرکزی که شکلی ساده از معماری است طراحی کردیم که از یک منشور مستطیل شکل بالا می‌رود و ساختمان روی آن است. با این طرح و با وجود سادگی، بنا همگام با بافت شهری است اما با بالا رفتن مکعب از زمین، ساختمان تبدیل به بنایی منحصر به فرد و به یاد ماندنی برای بورس سهام می‌شود. جزئیات معماری ظریف‌تری در ظاهر نما وجود دارد که این طراحی ریشه خود در معماری سنتی تهران را حفظ خواهد کرد.
• پوسته خارجی نمای مکعب با سوار کردن سرامیک‌ها با پیروی از الگویی خاص شکل گرفته است. با پوشاندن این آجرها با رنگ‌های سنتی اثری معماگونه خواهد گذاشت؛ در طول روز لعاب اجزای سرامیکی نور را منعکس کرده و در فقدان نور خورشید با چراغ‌های رنگارنگ خودنمایی می‌کند. در طول شب، نور پشت‌زمینه نمای مکعب شکل که به رنگ‌های مختلف است به تمام جهات می‌تابد و زیبایی خیره‌کننده‌ای ایجاد می‌کند. این تصویر از مکعب شبکه‌ای چگونگی مطابقت بنایی سنتی نظیر بورس سهام با عصر دیجیتال را نشان می‌دهد.
• ناحیه محصور کننده وسط مکعب باز است و اجزای تراشکاری شده‌ در آن یادآور تکه‌هایی از نمای ساختمان است. دفاتر اداری ساختمان از تراس‌ها به یکدیگر مرتبطند. این منشور مستطیل شکل دو ورودی اصلی دارد؛ کارمندان از در شمالی و مراجعه کنندگان از در
• شرقی واقع در خیابان اصلی وارد می‌شوند.

برج میلاد:

• این برج سازه‌ای است بتنی که پایهی اصلی برج بتن آرمه است. ارتفاع آن ۳۱۵ متر از روی زمین‌طبیعی با مقطع حجره‌ای (سلولار) است که حدود ۳۳۰۰۰ متر مکعب بتن در آن مصرف شده‌است.
• این برج مخابراتی و چندمنظوره،در مجموعه مرکز ارتباطات بین المللی تهران، در شمال‌غربی شهر تهران، میان تپه‌ای با مساحت تقریبی ۱۴ هکتار واقع در جنوب شهرک‌قدس و شمال کوی‌نصر در منطقه ۲ شهرداری تهران قرار دارد.
• این سازه که به خاطر ارتفاع بلند و شکل ظاهری متفاوتش، تقریباً از همه جای تهران نمایان است، یکی از نمادهای پایتخت به شمار می‌آید.
• ارتفاع برج میلاد ۴۳۵ متر است که پس از برج توکیو اسکای تری ژاپن با ۶۳۴ متر ارتفاع، برج گوانگژو و سیجسین گوانگژو چین با ۶۰۵ متر ارتفاع، سی‌ان تورنتو کانادا با ۵۵۳ متر ارتفاع، برج مسکو با ۵۴۰ متر ارتفاع و برج اورینتال شانگهای چین با ۴۶۷ متر ارتفاع در مکان ششم برج‌های مخابراتی جهان قرار دارد.
• بدنهبرج، شامل هسته مرکزی و چهار عدد باله‌است که درون هسته مرکزی ۳ حجره به آسانسورها و یک حجره به راه پله اضطراری اختصاص یافته‌است.
• ۶ آسانسور شیشه‌ای در سه طرف بدنه برج، هر یک با ظرفیت ۲۵ نفر قرارداردکه با سرعت متوسط ۷ متر بر ثانیه، بازدید کنندگان را به بالای برج منتقل خواهد کرد.
• سازه راس برج از جنس فولاد واز ۱۲ طبقه با زیربنای بیش از ۱۵۰۰۰ مترمربع با حداکثر قطر ۶۰ متر که یکی از بزرگترین سازه راس برج‌های مخابراتی تلویزیونی دنیاست، ساخته شده است. عملکرد سازه راس شامل رستوران ویژه و گردان، سکوهای نمایش، گنبد آسمان است. 
• دکل آنتن برج با ارتفاع بیش از ۱۲۰ متر به منظور نصب آنتنهای مخابراتی و تلویزیونی پیش بینی شده است.

کتابخانه ملی اتریش

• این پروژه با طراحی شرکت Prechteck درهافبورگ شهروین درکشوراتریش ارائه شده است.تسهیلات فرهنگی این کتابخانه درزمینی به مساحت ۱۲۰۰ مترمربع درحجمی دواربا یک هسته مرکزی درزیرزمین واقع شده است.این سازه دارای یک سالن چند منظورۀ مرکزی با مساحتی کمتراز۶۰۰مترمر بع واستدیویی جهت خلق آثارفرهنگی، یک رستوران وچند فروشگاه می باشد. شاید اولین چیزی که ازطراحی بنظرآید.

توسعه پارک حاشیه ای این سازه باشد که دراطراف آن گسترده شده است.این سازه درقسمت شمال غربی اززمین فاصله گرفته وبا یک حرکت آرام ودوار،درهم می پیچد

• وحول یک مرکزمی چرخد،بطوری که یک حرکت کراس اوریا متقاطع حاصل می شود.اینک آرک ادامه یافته ودوباره به سطح زمین ملحق می شود.تمامی امکانات موجود دراین سازه بصورت یکپارچه وپشت سرهم قرارگرفته اند. بطوری که بیننده درفضایی گام برمی دارد که قادربه تجربۀ چندین احساس مرتبط با فرهنگ هافبرگ دراین فواصل خواهد بود.

برج آگورا

• این سازه که با الهام از ساختار مارپیچDNAطراحی شده دارای هسته ای مرکزی است که اجازه سازماندهی آنچه که تیم طراحی آن را” فراوانی فوق العاده باغ های معلق” نامیده اند، فراهم می کند. این طرح ساکنان ۴۰ آپارتمان لوکس برج آگورا را قادر می سازد تا بخش قابل توجهی از مواد غذایی مورد نیاز خود به استثنای پروتئین را در محل ساختمان تامین کنند. افزون بر این، سیستم جمع آوری آب باران وابستگی به شبکه آب شهری را کاهش داده و استقلال هرچه بیشتر این مجموعه را در پی دارد.

هر آپارتمان ۵۴۰ متر مربعی این برج از دیوارهای داخلی سبز سود می برند که کیفیت هوای مطلوب و زیبایی شناختی سبز جالب توجه ای را تضمین می کنند. همچنین، ورودی نور مدور این برج موجب می شود تا نور روز به صورت مستقیم به زیرزمین آن منتقل شود. سقف خورشیدی برج آگورا نیز بخش قابل توجهی از انرژی مورد نیاز آن را فراهم

• می کند. برج آگورا با بهره گیری از نانوتکنولوژی و بهره گیری از دیگر ویژگی های فناوری پیشرفته، یکی از سبزترین سازه ها در نوع خود هنگام تکمیل پروژه در سال ۲۰۱۶ خواهد بود.
• مجتمع تجاری اداری Agung Sedayu
• مجتمع تجاری اداری Agung Sedayu توسط گروه معماری Kuiper Compagnons در شهر جاکارتا در کشور اندونزی طراحی شده است و قرار است در آینده نزدیک عملیات احداث آن آغاز شود.
  این طرح به عنوان برنده مسابقه طراحی ساختمان پایدار در کشور اندونزی انتخاب شده است و دارای بیشترین همخوانی با تکنیک های روز معماری پایدار، در مقایسه با دیگر شرکت کنندگان این مسابقه بوده است. این طراحی با توجه به الگوهای معماری شهر جاکارتا، مصالح بومی در منطقه، اقلیم شهر جاکارتا و نوع بافت شهر، انجام شده است.
• ایده ی اصلی طراحی این مجموعه، از توپوگرافی یک دره ی باریک برداشت شده است و در نهایت دو ساختمان با پیچ و تابی موزون و چرخشی گام به گام به سمت داخل و هسته مرکزی شکل گرفته است.
• این مجموعه شامل ۶ طبقه پارکینگ می باشد که ۳ طبقه در زیرزمین تعبیه شده است. همچنین در طبقه چهارم این مجموعه، یک باغ سرتاسری طراحی شده است. گروه معماری و طراحی این پروژه با مطالعه بافت گیاهی شهر جاکارتا، تمامی گونه های گیاهی موجود در منطقه را در این باغ به کار برده اند و فضای منحصر به فردی را ایجاد کرده اند.
  از طبقه چهارم تا طبقه شانزدهم، دو ساختمان از یکدیگر جدا شده و چرخش زیبایی را به نمایش می گذارند. سیستم سازه ای این مجموعه به گونه ای طراحی شده است که در مقابل عواملی همچون زلزله و سونامی بسیار مقاوم می باشد.

نمای این مجموعه، کاملا انعطاف پذیر می باشد و با توجه به میزان باد و نور خورشید، رفتار متفاوتی را از خود نشان می دهد. تمامی آب باران در این مجتمع تصفیه شده و مورد استفاده مجدد قرار خواهد گرفت. همچنین پانل های خورشیدی موجود در سقف،
انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

برای دلگرم شدن ما و ارتقای هرچه بهتر مطالب ، نظرات خود را برای ما ارسال کنید

موفق و پیروز باشید

امیرحسین هراتی – گروه مهندسی عمران نوین