محاسبات و مشخصات فنی برج‌های هزاره سوم

●سیستم سازه‌ای برج‌های هزاره سوم:
در تشریح سیستم سازه‌ای این برج‌ها لازم است به دو نکته اصلی توجه شود. در واقع این سیستم از دو بخش تقریباً مجزای ثقلی و لرزه‌بر تشکیل شده است.
اصطلاحات لرزه‌بر و ثقلی بر اساس مقدار جذب برش نیروی زلزله توسط هر یک از سیستم‌ها، به آنها نسبت داده شده است.
الف) سیستم لرزه‌بر:
در طرح این برج‌ها از دو سیستم لوله‌ای متداخل، به اضافه مهاربندی همگرا به‌عنوان بخش لرزه بر ساختمان استفاده شده است. قاب‌های سیستم لرزه‌بر در پیرامون سازه قرار گرفته‌اند؛ ضمن آنکه دو قاب لرزه‌بر میانی هم در یک جهت موجود می‌باشند.
ب) سیستم ثقلی:
سیستم ثقلی که میان بخش لرزه‌بر محصور شده است، بر روی ستون‌های میانی که تقریباً با راندمان ۱۰۰% به‌طور ثقلی عمل می‌کنند، قرار گرفته است و تیرهائی که این ستون‌ها را به سیستم لرزه‌بر پیرامونی مرتبط می‌کنند عموماً ـ به‌جزء سه طبقه پائین ـ با اتصال ساده طرح شده‌اند. با توجه به توضیحات فوق ملاحظه می‌شود، سختی این تیرها نقشی در نحوه توزیع بارهای جانبی نخواهند داشت و به این جهت در مدل، ساده‌سازی صورت گرفته است.
استفاده از تیرهای با مقطع متغیر در طرح تیرهای ثقلی علاوه بر صرفه‌جوئی در مصالح، به جهت ایجاد مسیری مناسب برای عبور لوله‌های تأسیساتی صورت گرفته است و به این ترتیب نیازی به افزایش بیشتر ارتفاع طبقه نمی‌باشد.
●سیستم سقف برج‌های هزاره سوم
سقف این برج‌ها از نوع کامپوزیت است و عملکرد دال‌های آن به‌صورت دوطرفه می‌باشد.
همان‌طور که در گزارش مندرج در شماره پنجم ذکر شده مطالعات ژنوتکنیک، ژئوفیزیک، تهیه طیف ویژهٔ ساختگاه، زهکشی و کنترل کیفیت عملیات بتنی این پروژه توسط مهندسان مشاور دریا خاک پی در دست انجام است.
●مطالعات ژئوتکنیکی در محدوده احداث برج‌ها
مطالعات ژئوتکنیکی به منظور تعیین خصوصیات خاک و لایه‌های زمین در محدوده احداث برج‌ها به شرح زیر انجام پذیرفته است:
الف) مطالعات ژئوتکنیک اکتشافی تکمیلی
▪ تعیین مشخصات فیزیکی و مکانیکی لایه‌های خاک
▪ تعیین پارامترهای مؤثر در پایداری و تغییر شکل‌پذیری لایه‌های خاک
▪ تعیین ظرفیت باربری و نشست خاک و پیشنهاد گزینه‌های مناسب پی
▪ تعیین مشخص‌های خاک جهت برآورد نیروی زلزله
▪ شناسائی شرایط هیدروژئولوژیکی و آب‌گذارانی لایه‌های خاک
▪ بررسی امکان وجود نابهنجاری‌های ژئوتکنیکی در محدوده موردنظر
ب) مطالعات تهیه طیف ویژه ساختگاه
▪ تعیین لرزه‌خیزی ساختگاه
▪ تعیین مشخصات هندسی دینامیکی لایه‌های آبرفتی
▪ انجام تحلیل بزرگ‌نمائی حاصل از اثر وجود آبرفت
▪ تهیه شتاب نگاشت طراحی در سطوح مختلف
▪ تهیه طیف طراحی در سطوح مختلف لرزه‌ای در رقوم‌های موردنظر
●بررسی نشست سازه
در بررسی نشست سازه شالوده گسترده در وسط ساختگاه، داده‌های مورد نیاز برای انجام این تحلیل‌ها با استفاده از آزمایش‌های برجا و آزمایشگاهی تعیین گردید.
اثر لایه سطحی خاک کم‌مقاومت در کف گود، با در نظر گرفتن یک لایه جدید با ضریب ارتجاعی نسبتاً کمتر مدل گردید.
با توجه به یکنواختی بافت زیرسازه، حداکثر نشست مجاز ساختمان ۱۰۰ میلیمتر در نظر گرفته شده است. مقایسه میزان نتایج محاسبات نشست با استفاده از نرم‌افزار Plaxis نشان می‌دهد که حداکثر میزان نشست محاسبه شده از نشست مجاز (۱۰۰ میلیمتر) کمتر می‌باشد.
●سیستم پی
با توجه به نوع سیستم باربر جانبی برای برج‌های شمالی، مرکزی و جنوبی که سیستم لوله‌ای در جداره خارجی هر یک از برج‌ها می‌باشد دو گزینه زیر برای پی برج‌ها قابل بررسی است:
الف) سیستم پی گسترده برای هر یک از برج‌های شمالی، جنوبی و مرکزی؛ به‌طوری‌که با درزهای انقطاع از یکدیگر مجزا گردیده باشند.
ب) سیستم پی گسترده یکپارچه و بدون درز انقطاع برای هر سه برج شمالی، جنوبی و مرکزی.
در سیستم گزینه الف با توجه به یکسان بودن برج‌ها به لحاظ مشخصه‌های دینامیکی بروی خاک ناحیه درز به‌صورتی است که فشار زیاد برج مرکزی موجب می‌گردد که خاک زیر برج شمالی تحت اثر فشار قرار گرفته و پی برج شمالی تمایل به بلند شدن از روی آن داشته باشد. در صورتی‌که از گزینه (ب) استفاده شود، ۲ نیروی فشاری و کششی با یکدیگر متعادل گردیده و تنش‌ها در زیر پی و روی خاک توزیع یکنواخت‌تر خواهد داشت، لذا استفاده از پی گسترده یکپارچه برای بارهای جانبی منطقی‌تر می‌باشد. از طرف دیگر طولانی بودن پی موجب می‌گردد که تنش‌های ناشی از درجه حرارت و جمع‌شدگی، باعث تأثیرات نامطلوبی در پی گردد و علاوه بر آن، چنانچه تحت اثر بارهای ثقلی غیر همزمان قرار گیرد، در پی، ایجاد تنش‌های زیاد بنماید. بنابراین بتن‌ریزی در زیر هر یک از برج‌ها به‌صورت مجزا و در عرض به فاصله ۳۰ الی ۵۰ سانتیمتر انجام گردیده است و پس از اعمال کلیه بارهای ثقلی و مرتفع شدن اثرات جمع‌شدگی و درجه حرارت، این فاصله‌ها با بتن مرغوب به همراه مواد منبسط شونده پر می‌گردند.●بررسی مخاطره‌پذیری لرزه‌ای منطقه
گستره تهران در کوهپایه‌های جنوبی کوه‌های البرز مرکزی قرار گرفته و شمالی‌ترین فرو نشست ایران مرکزی به حساب می‌آید. کوه‌های البرز در شمال تهران متشکل از یک‌سری چین‌خوردگی‌های با امتداد شرقی ـ غربی است و شدت دگرریختی در دو کناره شمالی گسله تهران به بیشترین مقدار خود رسیده و بلندی‌های البرز به ترتیب بر دشت کناری خزر در شمال و دشت تهران در جنوب رانده شده است.
از مهمترین گسل‌هائی که نزدیک‌ترین فاصله تقریبی آنها از ساختگاه حدود کمتر ۱۰ کیلومتر می‌باشد می‌توان موارد زیر را نام برد: گسل شمال تهران، گسل امامزاده داوود، پورگان وردیج، نیاوران، محمودیه، طرشت، عباس‌آباد، گسل تلویزیون، باغ فیض، نارمک و در محدوده ساختگاه موردنظر با توجه به خاکبرداری قابل توجهی که انجام شده بود آثار گسلی مشاهده نگردید.
●بررسی روند لرزه‌خیزی
بررسی روند لرزه‌خیزی این گستره با استفاده از به‌کارگیری روش kijko در سه حالت انجام گرفته است:
حالت اول: با در نظر گرفتن فقط لرزه‌های تاریخی
حالت دوم: با منظور نمودن لرزه‌های سده بیستم
حالت سوم: ترکیبی از مجموع حالت‌های اول و دوم با در نظر گرفتن لرزه‌های تاریخی و لرزه‌های سده بیستم
احتمال عدم رویداد لرزه‌ای با بزرگی ۷ ریشتر در طول مدت ۵۰ سال یا ۱۰۰ سال به ترتیب حدود ۶۰ و ۳۵ درصد می‌باشد؛ یعنی برای سازه‌ای با عمر مفید ۵۰ یا ۱۰۰ سال می‌توان این احتمال عدم رویداد را در نظر گرفت.
●بیشینه مقادیر شتاب قائم و افقی زمین
در مطالعات انجام شده با استفاده از برنامه seisrisk III بیشینه مقادیر شتاب زمین محاسبه شده‌اند. اطلاعات دیگری نظیر رابطه طول گسلش و بزرگی مورد نیاز بوده است که آن نیز با استفاده از روابط شناخته شده جهانی (رابطه ولز ـ کاپر اسمیت) به‌دست آمده‌اند. براساس این محاسبات مقادیر شتاب افقی و قائم در سازه‌های زمانی مختلف (۳۰، ۵۰، ۷۵ و ۱۰۰ سال) با احتمال فزونی خاص (۵۰%، ۳۷%، ۱۰%) برآورد شده‌اند.
در صورتی‌که عمر مفید سازه ۵۰ سال فرض شود با در نظر گرفتن احتمال فزونی ۳۷ درصد، مقادیر شتاب افقی و قائم به ترتیب g۰/۳۶ و ۲۷/۰ g برآورد شده است.
●بررسی پاسخ دینامیکی آبرفت
به این منظور به‌عنوان یک روش اندازه‌گیری سریع و اقتصادی در محل ساختگاه چهارگمانه با عمق‌های ۶۵/۷۵، ۵۰، ۵۰، ۶۵/۷۵ متر حفر گردید و لایه‌های آبرفت مورد آزمایش محل S.P.T قرار گرفته و نمونه‌های حاصله تحت آزمون‌های آزمایشگاهی قرار گرفتند. این روش با دقت قابل قبولی سرعت انتشار امواج را در لایه‌های خاک به‌دست می‌دهد.
با استفاده از نتایج آزمایش محلی و نفوذ استاندارد S.P.T از طریق روابط تجربی موجود برای درک رفتار دینامیکی توده آبرفت در محل ساختگاه تحت اثر حرکات لرزه‌ای، طیف‌های پاسخ آبرفت برای سطوح شتاب (۵/۰، ۳۵/۰، ۳/۰، ۲۵/۰، ۲۳/۰، ۲/۰، ۱۵/۰، ۱/۰) برابر شتاب ثقل محاسبه شده‌اند. برای این محاسبات از نرم‌افزار EERA استفاده شده است. سطح شتاب ثقل و سطح شتاب بیشینه طراحی ۵/۰ (M.D.L) شتاب ثقل ملحوظ گردیده است لکن برای مشاهده تغییرات پاسخ آبرفت به سطوح شتاب مختلف، دامنه‌ای از سطوح شتاب از ۱/۰ تا ۵/۰ شتاب ثقل مورد تحلیل قرار گرفته است.
●اثرات توپوگرافیک
به‌دلیل قرارگیری ساختگاه در مناطق مسطح، اثرات توپوگرافی عملاً تأثیر چندانی بر روی طیف پاسخ ساختگاه ندارد.
●طیف طراحی زلزله
بررسی‌ها نشان می‌دهد که اثر آبرفت به‌طور مشخص طیف پاسخ سنگ را تحت‌تأثیر قرار داده است، به‌طوری‌که در پریودهای پائین (کمتر از نیم‌ثانیه) باعث کاهش مقادیر طیفی شده است. روند فوق مبین این موضوع است که اثر وجود آبرفت با خصوصیات غیرخطی پریود اصلی طیف پاسخ را به مقادیر پریودهای بزرگتر انتقال داده است.
همچنین پهنای مقدار حداکثر طیفی به مقدار قابل توجهی افزایش‌یافته و طیف وسیع‌تری از پریودها را در برگرفته است که چنانچه پریود اصلی سازه در این محدوده قرار بگیرد به‌علت بروز پدیده تشدید، بیشترین شتاب پاسخ طیفی در سازه به‌وجود خواهد آمد که ملاحظات لازم باید در نظر گرفته شود.
با توجه به مطالب فوق، طیف پیشنهادی DBL حداکثر مقادیر طیفی را بین پریودهای ۰۴/۱ ، ۲۷/۰ ثانیه برابر ۵۸/۰ g دارد و طیف پیشنهادی MDL حداکثر مقادیر طیفی خود را در محدوده بین پریودهای ۴۴/۰ تا ۸۴/۰ ثانیه برابر با ۸۳/۰ g دارد.
در نتیجه در هر سطح شتاب طراحی سازه به‌نحوی انجام شده است که پریود اصلی سازه در محدوده شتاب حداکثر طیفی قرار نگرفته است و پدیده تشدید اتفاق نیفتاده است.
●کنترل کیفیت مصالح و نظارت اجرائی
از آنجا که طراحی مناسب توأم با اجراء دقیق و کنترل کیفیت مصالح، مقاوم‌سازی سازه را در برابر نیروهای وارده امکان‌پذیر می‌سازد، در این پروژه نسبت به کنترل کیفیت مصالح به‌کار رفته اقدامات زیر انجام می‌گیرد:
۱. کیفیت بتن:
به منظور دسترسی به کیفیت مطلوب و جلوگیری از نابودی خواص بتن ـ در حین حمل ـ نسبت به دایر کردن بچینگ پلنت در محل کارگاه مبادرت نموده و در تمام مدت اقدامات لازم نظیر تست مواد سنگی، سیمان و آزمایش‌های مربوطه با استقرار آزمایشگاه‌های محلی انجام می‌شود.
۲. کیفیت مصالح فولادی:
برای بررسی کیفیت مصالح فولادی تمام مصالح قبل از ورود به کارخانه ساخت تحت آزمایش‌های مربوطه قرار گرفته و بعد از حصول اطمینان از تطابق مشخصات مواد فلزی با موارد در نظر گرفته شده در طراحی، اجازه حمل داده می‌شود.همچنین در کارگاه ساخت با استقرار یک اکیپ (Q.C) تمام آزمایش‌های مربوط به جوش نظیر آزمایشات ذرات مغناطیسی (M.T) اولتراسونیک (U.T)، رنگ‌های نافذ (P.T) و رادیوگرافی (R.T) و همچنین اجراء دقیق روند جوشکاری (W.P.S) جهت جلوگیری از ایجاد تنش‌های پسماند بعد از جوشکاری کنترل می‌گردد.
از آنجا که این سازه دارای اتصالات پیچ و مهره‌ای (اصطکاکی و اتکائی) می‌باشد، تمام آزمایش‌های مربوط به پیچ نظیر آزمایش ترکیب شیمیائی کوانتومتری، سختی سنجی، کنترل ابعادی، کشش کلگی، ریزسختی سنجی و... نیز انجام می‌گیرد. در کارگاه نصب هم ضمن نظارت کافی به لحاظ اطمینان از انجام اتصالات اصطکاکی ضمن استفاده از ترکمتر از واشرهای D.T.I جهت کنترل مضاعف ایجاد اصطکاک لازم در اتصالات استفاده می‌گردد.

نازنین فریدونی

منبع : ماهنامه ساختمان و کامپیوتر