فهرست مطالبعنوان صفحه فصل اول : کلیات1-1. مقدمه............. ..11-2. معرفی سازه‌های فضاکار........... ..21-3. انواع سازه‌های فضاکار........................... ..21-3-1. سازه‌یفضاكار تخت یک لایه....................... ..21-3-2. سازه‌یفضاكار تخت دو لایه....................... ..31-3-3. سازه‌یفضاكار چلیک............................. ..41-3-4. سازه‌یفضاكار گنبد............................. ..41-4. اتصالات در گنبدها............................... . 51-5. اهداف و گستره.................................. . 6فصل دوم : مروری بر ادبیات تحقیق2-1. مقدمه.......................................... ..1فصل سوم : تاشه‌پردازی گنبدهای تک لایه‌ی ديامتيک فرازش‌يافته 3-1. مدل‌سازيو تاشه‌پردازي گنبدها..................... 143-1-1. کليات........................................ 143-1-2. تعريف تاشه‌پردازي ............................ 143-1-3. يكانه،تژ،لادوفرمكس........................... 153-1-4. توابع فرمکسی................................. 153-1-5 . برماره‌ی گنبدها.............................. 163-2. تاشه‌پردازی گنبد ديامتيک........................ 163-2-1. کليات........................................ 173-2-2. برماره‌ی ديامتيک ............................. 183-2-3. توابع استفاده شده در تاشه‌پردازی گنبد ديامتيک 193-2-4. بافتار ولايه‌بندی گنبدهای ديامتيک ............. 213-3. فرازش و بهینه‌سازی در سازه‌های فضاکار............ 223-3-1. کليات........................................ 223-3-2. تعریف فرازش.................................. 223-3-3. تاشه‌پردازی فرازش............................. 233-3-4. توابع استفاده شده در تاشه‌پردازی گنبد ديامتيک فرازش‌يافته 23 عنوان صفحهفصل چهارم : مدل‌سازی و معرفی گنبدهای مورد مطالعه4-1. کليات.......................................... 254-2. گروه 1 : گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک ساده با نسبت‌های مختلف خیز به دهانه............................................... 254-3. گروه 2 : گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته با نسبت‌های مختلف هندسی در گنبد پایه ....................................... 274-4. گروه 3 : گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته با خیز ثابت و دهانه‌ی متغییر در فرازش چلیکی............................... 284-5 . گروه 4 : گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته با دهانه‌ی ثابت و خیز متغییر در فرازش چلیکی .............................. 294-6. مقاطع استفاده شده در گنبدها.................... 30فصل پنجم : بهینه‌یابی گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته تحت بارگذاری ثقلی5-1. بارگذاری ثقلی.................................. 325-1-1. کليات........................................ 325-1-2. بارهای مرده ................................. 325-1-3. بارهای ناشی از برف و عوامل مؤثر بر آن........ 325-2. بارگذاری ثقلی در گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته 385-2-1. بارهای مرده.................................. 385-2-2. بارهای ناشی از برف........................... 385-3. بارگذاری حرارتی ............................... 415-4. ترکیبات بارگذاری در آنالیز و طراحی گنبدها تحت بارهای ثقلی455-5. تحلیل و طراحی گنبدها تحت بارهای ثقلی .......... 465-5-1. روش آنالیز و فرضیات.......................... 475-5-2. بررسی رفتار وزنی گنبدها در گروه‌های تعریف شده. 475- 6 . نتیجه‌گیری.................................... 50فصل ششم: بررسی رفتار لرزه‌ای گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته6-1-1. کلیات........................................ 526-1-2. آنالیز غیر خطی تاریخچه‌ی زمانی ............... 526-1-3. مشخصات مفصل‌های پلاستیک ....................... 536-2. پارامترهای انتخاب شتاب نگاشت................... 536-2-1. مشخصات زمين‌شناسي، تكتونيكي و لرزهاي اصفهان... 546-2-2. انتخاب شتاب نگاشت............................ 556-2-3. مقياس كردن شتاب نگاشتها...................... 59عنوان صفحه 6-2-4. طیف طرح استاندارد............................ 606-3. بررسی زمان تناوب و شکل مدی گنبدها.............. 606-3-2.گنبدهای گروه 1 ............................... 606-3-2.گنبدهای گروه 2 ............................... 616-3-3.گنبدهای گروه 3................................ 636-3-4.گنبدهای گروه 4................................ 646-4. مد مؤثر........................................ 656-4-1. گنبدهای گروه 1............................... 656-4-2. گنبدهای گروه 2............................... 686-4-3. گنبدهای گروه 3............................... 716-4-4. گنبدهای گروه 4............................... 736-5. ناپایداری در گنبدها............................ 766-5-1. بررسي ناپايداري در سازه‌هاي فضاكار به روش الاستيک و الاستوپلاستيک.................................................... 766-5-2. تغییرمکان‌های جانبی گنبدها.................... 786-6. بررسی رفتار وزنی گنبدها........................ 826-7. نتیجه‌گیری...................................... 85فصل هفتم : بررسی رفتار گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته تحت بارباد7-1.کلیات........................................... 877-2. تعاریف......................................... 877-3. روش‌های محاسبه‌ی بارهای باد...................... 887-4. تعیینفشارباد................................... 897-4-1. فشار متناظر با سرعت مبنا، q................... 897-4-2. ضریب بادگیری، Ce ............................. 897-4-3. ضریب تندباد، Cg............................... 917-4-4. ضریب فشاربیرونی، Cp........................... 917-5. فشارخالصناشیازباد............................. 917-6. نیروی ناشی از باد بر اجزای گنبد................ 917-7. بارگذاری گنبدهای مورد مطالعه................... 917-7-1. گنبدهای گروه 1 (گنبدهای بدون فرازش) ......... 917-7-2. گنبدهای گروه 2 و3 و4 (گنبدهای فرازش‌یافته)..... 927-8. بررسی رفتار وزنی گنبدها تحت بارگذاری باد....... .99 عنوان صفحه 7-9. نتیجه‌گیری...................................... 101فصل هشتم : نتیجه‌گیری8-1. کلیات.......................................... ..1038-2. نتایج.......................................... 1048-3. پیشنهادات...................................... 104مراجع............................................... 105پیوست1.............................................. 109 فهرست شكلهاعنوان صفحه شکل 1- 1 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت تک لایه............ .3شکل 1- 2 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دو لایه............ .4شکل 1- 3 نمونه‌هایی از چلیک.......................... .4شکل 1- 4 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد لملا، گنبد اشودلر و گنبد دنده‌ای......................................... .5شکل 1- 5 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد پیازی، گنبد اسکالپ و گنبد دیامتیک........................................ .5شکل 1- 6 گنبد دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته............ ..7شکل3- 1 نمونه‌اي از يک عبارت فرمکسي.................. 15شکل3- 2 تاشه‌ی گنبد و يک مقطع عمودی از آن............ 16شکل3- 3 مؤلفه‌های برماره‌ی کروی برای تاشه‌پردازی گنبد.. 17شکل3- 4 نمونه‌ای از گنبد ديامتيک..................... 17شکل3- 5 ساختار قاچ گنبدها. (a) گنبد ديامتيک بدون مشکل تراکم اعضا در رأس و (b) گنبد لملا با داشتن مشکل تراکم اعضا در رأس...... 18شکل3- 6 گنبدهای دنده‌ای (رديف بالا) و اشودلر (رديف پايين) که اعضای مجاور رأس آنها مورد قطع کلی و يا هرس قرار گرفته‌اند........ 18شکل3- 7 خطوط شبکه در برماره‌ی ديامتيک................ 19شکل3- 8 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای ديامتيک20شکل3- 9 چند نمونه از توابع فرمکسی مورد استفاده در تاشه‌پردازی گنبدهای ديامتيک............................................. 20شکل3- 10 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای ديامتيک با بافت لانه زنبوری و تاشه‌ی ايجاد شده توسط آنها ................. 21شکل3- 11 نمونه‌ای از بافت مثلی در گنبد دیامتیک (به وجود آمدن خطوط مرزی در نواحی مرزی قاچ‌ها)................................ 22شکل3- 12 نمونه‌هایی از انواع فرازش در شبکه‌های تخت.... 23شکل3- 13 مراحل ابتدایی فرازش کروی................... 23شکل3- 14 تابع استفاده شده در فرازش چلیک‌گونه......... 24شکل3- 15 مراحل اولیه‌ی فرازش چلیک‌گونه................ 24شکل4- 1 نسبت‌های هندسی در گنبدها..................... 26شکل4- 2 گنبدهای دیامتیک تک‌لایه بدون ایجاد فرازش با نسبت‌های خیز به دهانه به ترتیب از چپ 1/0 و2/0 و3/0 و 4/0 و 5/0............. 26شکل4- 3 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه 2............. 27شکل4- 4 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه 3............ 28عنوان صفحه شکل4- 5 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه4.............. 30شکل 5- 1 ضریب CS برای سقف‌های گنبدی و دندانه‌ای شکل در بارگذاری متقارن و نامتقارن .......................................... 34شکل 5- 2 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی AISC 7-05برای زوایای کمتر از°30 در قوس‌ها .............. 35شکل 5- 3 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی AISC 7-05برای زوایای بین °30 تا °70 در قوس‌ها ............ 35شکل 5- 4 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی AISC 7-05برای زوایای بیشتر از °70 در قوس‌ها ............ 36شکل 5- 5 نمودارهای مربوط به تعیین ضریب Cs .......... 37شکل 5- 6 جدول مربوط به تعیین ضریب Ce................. 37شکل 5- 7 جدول مربوط به تعیین ضریب Ct................. 37شکل 5- 8 جدول مربوط به تعیین ضریب I.................. 38شکل 5- 9 تعیین زاویه‌ی α درگنبد SS.DD.003 .............. 39شکل 5- 10 بارگذاری بار برف برای گنبدSS.DD.003 بر اساس آیین‌نامه‌ی سازهای فضاکار ایران........................................ 40شکل 5- 11 بارگذاری بار برف برای گنبدSS.DD.003 بر اساس آیین‌نامه‌ی AISC 7-05. .................................................... 41شکل 5- 12 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری متقارن 42شکل 5- 13 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری متقارن 43شکل 5- 14 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری متقارن 43شکل 5- 15 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری متقارن 44شکل 5- 16 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری نامتقارن44شکل 5- 17 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری نامتقارن45شکل 5- 18 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری نامتقارن45شکل 5- 19 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری نامتقارن46شکل 5- 20 رفتار وزنی گنبدهای گروه 1................. 48شکل 5- 21 تغییرات وزنی گنبدها در نسبت‌های خیز به دهانه‌ی مختلف 48شکل 5- 22 رفتار وزنی گنبدهای گروه 2................. 49شکل 5- 23 رفتار وزنی گنبدهای گروه 3................. 49شکل 5- 24 رفتار وزنی گنبدهای گروه 4 ................ 50شکل 5- 25 رفتار وزنی گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری بار برف51شکل 6- 1 منحنی نیرو-تغییرشکل (دوران)................ 53شکل 6- 2 گسل‌هایشناختهشدهتاشعاع100كيلومترياصفهان... 54عنوان صفحه شکل 6- 3 زلزلههايرخدادهتاشعاع200كيلومتريشهراصفهان. 55شکل 6- 4 بزرگايزمين لرزههانسبتبهسالوقوعدرگسترهیشهراصفهان 55شکل 6- 5مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزلهSan Fernando56شکل 6- 6 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله Whittier Narrows 57شکل 6- 7 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله Northridge 57شکل 6- 8 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله Northridge58شکل 6- 9 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله San Fernando 58شکل 6- 10 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله Whittier Narrows 59شکل 6- 11 طيف طرح استاندارد......................... 60شکل 6- 12 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 1................ 61شکل 6- 13 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 2............... 62شکل 6- 14 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 3................. 63شکل 6- 15مد اول مدل‌های گنبدی گروه 4................ 64شکل 6- 16مقادیرمشارکت جرمی گنبد SS.DD.001............ 66شکل 6- 17 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.002............ 66شکل 6- 18 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.003............ 67شکل 6- 19مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.004............ 67شکل 6- 20مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.005............ 68شکل 6- 21 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.001............ 68شکل 6- 22 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.002............ 69شکل 6- 23 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.003............ 69شکل 6- 24 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.004............ 70شکل 6- 25 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.005............ 70شکل 6- 26مقادیر مشارکت جرمی گنبدPS.DD.001............ 71شکل 6- 27 مقادیر مشارکت جرمی گنبدPS.DD.002............ 71شکل 6- 28 مقادیر مشارکت جرمی گنبدPS.DD.003............ 72شکل 6- 29 مقادیر مشارکت جرمی گنبدPS.DD.004............ 72شکل 6- 30 مقادیر مشارکت جرمی گنبدPS.DD.005............ 73شکل 6- 31 مقادیر مشارکت جرمی گنبدPH.DD.001............ 73شکل 6- 32 مقادیر مشارکت جرمی گنبدPH.DD.002............ 74شکل 6- 33 مقادیرمشارکت جرمی گنبدPH.DD.003............ 74عنوان صفحه شکل 6- 34مقادیر مشارکت جرمی گنبدPH.DD.004............ 75شکل 6- 35مقادیر مشارکت جرمی گنبدPH.DD.005............ 75شکل 6- 36 مودهاي ناپايداري در سازه‌هاي فضاکار......... 76شکل 6- 37 فروجهش محلي و کلي در سازه‌هاي گنبدي........ 77شکل 6- 38 محل قرارگیری نقاط در ارتفاع گنبدها قبل از ایجاد فرازش 78شکل 6- 39 محل قرارگیری نقاط در ارتفاع گنبدهای فرازش‌یافته79شکل 6- 40 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 1............... 79شکل 6- 41 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 2............... 80شکل 6- 42 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 3............... 81شکل 6- 43 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 4.............. 81شکل 6- 44 تغییرات وزن گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری‌های مختلف 82شکل 6- 45 تغییرات وزن گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری‌های مختلف 83شکل 6- 46 تغییرات وزن گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری‌های‌مختلف84شکل 6- 47 تغییرات وزن گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری‌های مختلف 85شکل 6- 48 رفتار گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری زلزله 86شکل 7- 1. مقادیر Cp، ضریب فشار خارجی و گنبد دیامتیک تک لایه تحت کنش‌های ناشی از باد......................................... 90شکل 7- 2 نمونه‌ای از سطح مؤثر باد در نقاط مختلف...... 91شکل 7- 3 نقاط مختلف بارگذاری گنبدهای گروه 1......... 92شکل 7- 4 گنبدهای گروه 2............................. 93شکل 7- 5 گنبدهای گروه 3............................. 93شکل 7- 6 گنبدهای گروه 4............................. 93شکل 7- 7 حداکثر ضریب خارجی CpCg در دیوار‌های تک........ 93شکل 7- 8 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های با شیب کمتر از°7 94شکل 7- 9 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های با شیب°7 و بیشتر از°7 95شکل 7- 10 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های پله‌ای...... 95شکل 7- 11 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های دندانه‌ای... 96شکل 7- 12 حداکثر ضریب خارجی CpCg در گنبدهای فرازش‌یافته97شکل 7- 13 مشخصه‌های مکانی گنبد PP.DD.03................ 98شکل 7- 14 رفتار وزنی گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری‌های مختلف99شکل 7- 15 رفتار وزنی گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری‌های مختلف100شکل 7- 16 رفتار وزنی گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری‌های مختلف100عنوان صفحه شکل 7- 17 رفتار وزنی گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری‌های مختلف101شکل 7- 18 رفتار گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری باد 102 فهرست جداولعنوان صفحه جدول4- 1 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای گروه 1..... 27جدول4- 2 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 2...................................... 28جدول4- 3 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 3...................................... 29جدول4- 4 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 4...................................... 29جدول4-5 مقاطع و مشخصات هندسی پروفیل‌های استفاده شده در گنبدها 30جدول 6-1 مشخصات زلزلههاي انتخاب شده................. 56جدول 6-2 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 1................. 61جدول 6-3 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 2................. 62جدول 6-4 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 3................ 64جدول 6-5 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 4................ 65 فصل اولکلیات 1-1 . مقدمهعلم مهندسی سازه که بر مبنای تحلیل و طراحی، به ساخت انواع سازه‌ها براساس ملزومات خود می‌پردازد همواره در پی توسعه و گسترش حیطه‌ی کاری خود بوده و هست که پیشرفت روز افزون طراحی و ساخت انواع سازه‌ها گواهی آشکار بر این موضوع می‌باشد و همچنین پر واضح است که در اغلب موارد در هر ساخت و سازی استفاده از حداقل مصالح و نیز افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های اجرا مهمترین مسئله‌ای است که کارفرمایان و طراحان با آن مواجه هستند که با افزایش ابعاد و اهمیت سازه بررسی این پارامترها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌شوند. در نتیجه مطالعه‌ی کلیه‌ی پارامترهای مؤثر بر این موضوع که اصطلاحاً به آن بهینه‌یابی گفته می‌شود از اهمیت و جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. مرحله‌ی اول از هر عمل بهینه کردن، طرح یک ایده‌ی اولیه می‌باشد. یافتن یک ایده‌ی بهینه‌سازی مستلزم مطالعه و بررسی شرایط حاکم بر مسئله و یافتن راهکارهایی جهت رسیدن به اهداف بهینه‌سازی می‌باشد. استفاده از سازه‌های فضاکار[1] از نوع تخت به جای استفاده از ستون‌های میانی بسیار قوی در پوشش دهانه‌های بزرگ یک ایده‌ی بهینه‌سازی جهت کاهش هزینه‌ها بوده است. در مرحله‌ی بعد تبدیل این شبکه‌ها[2] به انواع چلیک‌ها[3] و مجدداً تبدیل چلیک‌ها به انواع گنبدها[4] از دیگر ایده‌های بهینه‌سازی در این زمینه بوده است. در این تحقیق در راستای ادامه‌ی این روند بهینه‌سازی از عمل فرازش[5] در گنبدها استفاده شده است. 1-2 . معرفی سازه‌های فضاکاربهسازهايكهاصولاًرفتارسهبعديداشتهباشد،بهطوريكهبههيچترتيبينتوانرفتاركليآنرابا استفادهازيكياچندمجموعه‌یمستقلدوبعديتقريبزد،سازه‌يفضا‌كار گفته مي‌شود. اينتعريفيكتعريفكلياستامادرعملاينواژهبهگروهخاصيازسازه‌هاكهشامل انواعشبكه‌ها،چليك‌ها،گنبدها،برج‌ها[6]و...اتلاقمي‌شود. سازه‌هايفضاکارعمدتاًدارايفرمبديعمستوييامنحنيدرفضابودهوباواحدهايحتي‌المقدوريکساندر الگوييتکرارشوندهاحداثمي‌شوند [1]. از مهمترین ویژگی‌های این سازه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: