پایان نامه رایگان درمورد نيروي، فولادي، فشاري

دانلود پایان نامه ارشد

ستون فقرات
3- استخوانهاي پا محل اتصال: استخوان لگن
در دياگرامي که از زاويه روبهرو از سازه بدن انسان ترسيم ميشود بايد گفت که توجيه نيروها در دو طرف برابر بوده و تار خنثي بدن منطبق با ستون فقرات ميباشد که در اين حالت به راحتي تعادل انسان حفظ و بار بدن به زمين منتقل ميشود.
اما از بغل، تار خنثي با فاصله از محور ستون فقرات در قسمت جلوي آن واقع است در واقع کنسولهاي بدن که شامل سرو قفسه سينه ميباشند، در قسمت جلوي ستون مهرهها قرار گرفتهاند که بار وزن خود را به ستون و در ادامه از طريق استخوانهاي پا به زمين منتقل ميکنند. در حقيقت کشيدگي پنجههاي پا به سمت جلو (يعني همان سمتي که کنسولهاي بدن واقع شدهاند)، نيروي فشاري را تحمل کرده و تعادل بدن به بهترين نحو حفظ ميشود.
فرم ستون فقرات
فرم معمول و بهينه انتقال نيروي فشاري در يک المان به صورتي است که آن عضو عمودي طراحي شود که نکته قابل توجه در ستون فقرات انحناي اين فرم است که بدليلي سازهاي صورت گرفته است، فرم فرو رفته قسمت بالايي ستون فقرات به عنوان محفظهاي براي قرارگيري استخوانهاي قفسه سينه است که اين امر باعث شده تا با وجود کنسول شدن قفسه سينه، تار خنثي بدن، از محور عمودي بدن زياد فاصله نگيرد و نيروي گشتاور قفسه سينه راحتتر مهار و تعادل حفظ شود.(علي شريعت راد و متين باستان فرد، 1386)
مقابله با نيروهاي کششي و فشاري
بدن آدمي در مقابل هر دو دسته از نيروهاي کششي و فشاري مقاومت ميکند. استخوانها وظيفه تحمل فشار را برعهده دارند و ماهيچههاي انسان، با حالت ارتجاعي خود، در صورت اعمال نيرو (مثلاً در هنگام بلند کردن يک جسم) به حالت کشش درآمده که در اين حالت کل ذرات ماهيچه تحت ماکزيمم تنش قرار ميگيرد. نکته منحصر به فرد اين اسکلت قدرتمند، نحوه قرارگيري عناصر فشاري و کششي در کنار يکديگر است.
عناصر کششي در داخل عناصر فشاري قرار نگرفتهاند (برخلاف ميلگردهاي داخل بتن) بلکه در کنار يکديگر و با اتصالي پيچيده، سيستم واحدي را ايجاد نمودهاند.از طرف ديگر تحمل نيروهاي کششي، منحصر به ماهيچهها نبوده و خود استخوانها با ساختار پيچيده خود، اين وظيفه را نيز عهدهدار هستند.
استخوان خود مانند يک بتن مسلح به نظر ميرسد که رشتههاي کلاژن مانند ميلگردهاي فولادي در بدن آن جا گرفتهاند. کلاژنها رشتههاي پروتئيني محکمي هستند که در استخوان، زردپي، رباط، غضروف و… يافت ميشوند.
اگر مقدار رشتههاي کلاژن استخوان کاهش يابد، و يا کلسيم به مقدار کافي جذب استخوان نشود، پايداري در برابر فشار کاهش مييابد. (کلسيم به مثابه سنگدانههاي تشکيل دهنده بتن) کلاژنها در ساختار زردپي نيز به کار رفتهاند. زردپي در پاي انسان به عنوان هشدار دهنده و سوپاپ اطمينان در اتصالات عمل ميکند.
در رباطها و زردپيها، رشتههاي کلاژن با آرايش منظمي از داراز کنار يکديگر رديف شدهاند، اين آرايش به دسته کردن چند ترکه چوب ميماند که شکستن آنها رادشوارتر ميسازند. شايد در يک شبيهسازي ابتدايي بتوان گفت که ميلگردهاي تقويتي، اودکا و حتي شبکههاي مش به گونهاي مشابه کلاژنهاي درون زردپي عمل ميکنند، در حقيقت، تعددي که سبب استحکام ميشود.
اتصالات سازهاي
مسئله ديگري که در مورد سازه بدن مطرح است، نوع اتصالات ميباشد. بلندترين استخوان بدن،استخوان ران، در قسمت تحتاني بدن ميباشد، که کل وزن بدن از طريق ستون مهرهها و استخوان لگن به آن منتقل ميشود. اما ديگر قسمتهاي سازهاي بدن، معمولاً از قطعات کوچکتر و اتصالات غضروفي تشکيل ميشوند، مانند ستونمهرهها که شامل مهرههاي تو خالي ميباشد که توسط نخاع همانند دانههاي تسبيح به هم متصل شدهاند.
در علم سازه، اتصالات را به سه دسته اتصالات غلتکي، اتصالات مفصلي و اتصالات گيردار تقسيم ميکنند که بايد گفت تمام اتصالات در ساختار بدن، از نوع اتصالات مفصلي است که به صورت کام و زبانه وجود دارد و در بسياري از موارد از يک عنصر واسط غضروفي نيز در محل اتصال به کار رفته است.
اين نوع اتصال نه مانند اتصالات غلتکي است که اجازه دهد عناصر از جاي خود خارج شوند و نه مانند اتصال گيردار است که عناصر را در جاي خود ثابت نگه دارد، و در حقيقت قدرت حرکت و انعطاف اعضاي مختلف بدن، ناشي از اين نوع اتصالات است. همچنين بايد گفت در اثر فشار نيرو (بيش از حدمجاز)، در اتصالات گيردار، در محل اتصال شکست رخ ميدهد، اما در اتصالات مفصلي، کام و زبانه از محل خود خارج ميشوند (که در اصطلاح ميگوييم، استخوان در رفته است).الگوي اتصال مفصلي، ميتواند نمود بسيار خوبي براي ساخت و سازههاي معماري باشد. به ويژه در ساخت سازههاي متحرک و انعطافپذير. (علي شريعت راد و متين باستان فرد، 1386)
نمونه مورد بررسي سازه بلند ترنينگ تورسو133 (2005-2001) كار سانتياگو كالاتراوا مي‌باشد. (شکل 39) ايده اوليه شكل‌دهنده به برج، بدن چرخيده انسان است كه اين ايده آن را تبديل به اولين نمونههاي معماري بيونيك كرده‌ است. سازه‌ ساختمان از يك هسته مركزي با فنداسيون بتني و يك سازه فولادي خارجي تشكيل شده ‌است. هر طبقه شامل يك مقطع مستطيلي است كه اطراف هسته مركزي قرار گرفته است و در مقطع مثلثي به وسيله سازه فولادي خارجي نگه داشته مي شود.

شکل 39- ساختمان ترنينگ تورسو اثر سانتياگو کالاتراوا
مجموعه هسته مركزي و سازه فولادي خارجي، احساس پويايي خاصي به فرم ميدهند. همچنين سازه فولادي خارجي، شامل ستون اصلي است كه با يك پايه بر روي زمين قرار گرفته كه اين پايه، پايداري آن را تأمين ميكند. قطعات فولادي اين سازه‌ خارجي در گوشه طبقات ساختمان به اسلب كف‌ها متصل مي‌شود. (محمد حسين احمدي شلماني، 1388) همانطور که در بدن آدمي رابطه بين ستونفقرات و قفسه سينه طوري برقرار شده که تار خنثي در مرکز قرار گيرد و تعادل حفظ شود در اين بنا نيز ارتباط هسته مرکزي و اسکلت فلزي طوري برقرار شده که تعادل بنا به بهترين صورت حفظ شود. به عبارت ديگر عملکرد و عوامل پايدار نگهدارنده بدن انسان در چرخش به عنوان الگو در اين بنا مورد استفاده قرار گرفته است.

سيستمهاي ساختماني از نوع ستوني
در طبيعت، گياهان بسياري با قد بلند و سطح تکيه گاه کوچک يافت ميشوند که در عين حال در برابر نيروهاي مختلف محيطي پايدارند. براي مثال، درخوشه چاودار (گندم سياه)، نسبت قطر پوشال به ارتفاعش 500/1 است.وزن خوشه از 5/1 برابر وزن ساقه کمي بيشتر است. ارتفاع نيشکر تقريباً 3 متر و قطر ساقه آن 15 ميليمتر ميباشد.
دوام و پايداري اين ساختمانهاي طبيعي را ميتوان از طريق دامنهاي از ويژگيها توضيح داد: چيدمان متقابل بافتهاي سخت و نرم در درون ساقه؛ ظرفيت عالي آنها در واکنش به فشار و کشش. ساقه حبوبات به شکل يک قوزک باربر است و گرههايش نمايانگر مفصلهايي با ميراگرهاي کشسان است. يک باد قوي تنها ساقه نحيف حبوبات را خم ميکند، در حالي که يک درخت يا همراه با ريشههايش باد را پس ميزند و يا شکسته ميشود. برمبناي مطالعه اين قوانين است که آسمانخراشها ساخته ميشوند. (محمدرضا مجاهدي و الهام سرکردهئي، 1386)

4-3-3-2- سازههاي درختي

درختان انواع گوناگوني دارند که اين تنوع شامل گونه درخت، ارتفاع پراکندگي، نوع برگها، فصل رويش و… موردهاي زياد ديگري است اما به طور کلي، درختان از چهار قسمت برگ، شاخهها و ساقهها، تنه و ريشه تشکيل شدهاند. که ريشهها وظيفه باربري رادر درخت عهدهدار هستند.
اگر تنه و ريشه يک درخت را به صورت ستون باربر و فنواسيون تصور کنيد، بايد گفت که ابعاد اين ستون بسيار کم و در عوض ابعاد فونداسيون بسيار زياد خواهد بود که ابعاد اين پي مربوط به پراکندگي ريشه ميباشد که در داخل زمين گسترده شدهاند.مسئله ديگر نحوه اتصال شاخه و ساقهها به تنه درخت و سپس انتقال اين نيرو به زمين است، نسبت D/H براي انواع بسياري از درختان، عدد بزرگي خواهد بود و تمام شاخهها و ساقهها به گونهاي به تنه اصلي کنسول شدهاند. (شکل 40)

شکل 40- شاخه، تنه و ريشه درخت
درخت يکي از بهترين نمونه از ساختارهاي طبيعي است که همه پنج نوع تنش،کشش، فشار، برش، پيچش، خمش در آن عمل ميکند. سطح بيروني چوب بوسيله نيروي کشش، شاخهها را در جاي خود نگه ميدارد. زماني که نيروي ثقلي زمين، شاخهها را به طرف پايين ميکشد تارها در سطح پاييني تحت فشار قرار ميگيرند. خمش در درون چوب هنگامي که نيروي ثقل، شاخهها را به طرف خود ميکشد اتفاق ميافتد. زماني که نيروي باد شاخهها را دچار خميدگي ميکند، پيچش اتفاق ميافتد. يک نيروي برشي همچنين در طول جريان حرکت لايههاي فيبري چوب توليد شود و علت آن به دليل نوسانات شاخهها ميباشد. (سامان صادقي، 1386)
سيستم سازهاي درختان، به صورت سيستم هسته مرکزي کار ميکند، که تمام نيروها از بخشهاي مختلف به يک هسته واحد (که همان تنه درخت است) وارد و از آنجا به زمين متصل ميشوند.اما نکته ديگري که در مورد سازه درختان بسيار حائز اهميت است، استحکام و عکسالعمل يک درخت در برابر نيروي باداست.اولاً بايد گفت که ساختار پر از خلل و فرج درختان سبب ميشود تا باد از لابهلاي شاخ وبرگ درختان عبور کرده، تا حد زيادياز شدت نيروي باد بکاهد. ثانياً سازه درخت درابتدا نيروي باد را از طريق تحمل تنشهاي خمشي در تنه خود تحمل کرده و اگر نيروي باد بيشتر شود، تنه درختان با خم شدن، تا حد قابل توجهي از نيروي باد فرار ميکنند و همچنين با تبديل تنشهاي خمشي به کششي و فشاري مکانيزم تحمل نيرو در تنه را بهينهتر ميکنند. (نوحي- 1385)
در حقيقت تنه نقش تحمل کننده نيروي فشار (عمودي) و نيز نيروي جانبي را داشته و ميتوان گفت بيشترين نقش را در انتقال نيرو به ريشه و سپس به زمين عهدهدار است که از چهار قسمت مغز چوب، چوب (زايلم)،کامبيوم و پوسته تشکيل شده است.
اگر سطح مقطعي در تنه تصور کنيم، نقوش نسوج شعاعي که در تنه ديده ميشود، بخش زايلم تنه است که در واقع اين نسوج نسبتهايي هستند که الياف چوب را به همديگر محکم واز هم گسيختگي و خم شدن تنه ميکاهند.(علي شريعت راد و متين باستان فرد، 1386)
از نمونه طرحهاي موفق با استفاده از سيستم درختي مي‌توان به سالن‌هاي ورودي، خروجي و ترانزيت مسافران در فرودگاه‌ها و سالن‌هاي سخنراني اشاره كرد. به عنوان مثال نورمن فاستر با همكاري شركت مهندسين مشاور آوه اروپ، چنين سيستم سازهاي را در فرودگاه استنستد در چند كيلومتري لندن در سال 1990 طراحي كرد. (شکل 41)
در اين طرح از ستون‌هايي به شكل درخت به فواصل 36 متر از يكديگر به عنوان تكيه‌گاه اصلي ساختمان استفاده شده‌ است. اين فواصل در سطح بام به 12 متر مي‌رسند. در اين ستونها بدنه ‌ستون و شاخه‌ها طره هستند. براي كسب مقاومت خمشي لازم در ستون، طراح 4 لوله فولادي را به يكديگر متصل كرده كه بتدريج به تركيبي از لوله‌هاي فولادي مدور و كابل‌هاي كششي مي‌رسند. در اين بنا فرم درخت به خوبي ديده مي شود.

شکل 41- فرودگاه استنستد در لندن اثر نورمن فاستر
تفاوت درخت در طبيعت با دست ساخته‌هاي انسان در اين است كه درختان طرههاي واقعي هستند و قابل انعطاف مي‌باشند. در حالي كه ساختمان‌ها بايد به گونه‌اي طراحي شوند كه به هنگام بارگذاري سخت‌تر شوند.
ساختن شاخه‌هاي طره‌اي ساده به طور طبيعي، باعث سنگين شدن اعضا و خم شدن آن‌ها با ميزان بار و وارده ناچيز، مي‌شود. براي حل اين مشكل مي‌توان سر‌شاخه‌ها را به هم بست. بهترين استفاده از اين راه حل را مي‌توان در فرودگاه اشتوتگارت كه توسط فون‌گركان طراحي شده‌ است، مشاهده نمود. در اين فرودگاه بدليل بستن شاخه‌ها به هم، اعضاي طرهاي مي‌توانند به ميزان قابل توجهي لاغر باشند. (کتايون تقيزاده، 1385) (شکل 42)

شکل 42- فرودگاه اشتوتگارت اثر فون گرکان

4-3-3-3- سازههاي پوستهاي در طبيعت

در کارگاه طبيعت اغلب ميتوان ساختمانهايي را به شکل گنبد يافت (تخممرغ و پوست گردو، حيوانات صدفي، برگها و گلبرگهاي گياهان). اين نوع سازهها با ديوارههايي نازک در فضا خم ميشوند و به دليل اشکال روان و ويژگي خطي

پایان نامه
Previous Entries دانلود تحقیق در مورد نفت و گاز، مشارکت در سود، حقوق مالکانه Next Entries پایان نامه درمورد امنیت ملی، خاورمیانه، نیروهای مسلح