ایستایی و سازه به زبان مقدماتی

[mmbidhendi]

دوستان سلام . دوستان پیشنهادی دادند که تاپیکی با این مبحث ایجاد بشه تا بتونم هرچقدر کم در مورد ایستایی و سازه و سیستم های ساختمانی و ... مطالبی رو قرار بدم تا آشنایی دوستان نسبت به این امر مهم که زیرساخت تمام کارهای معماران عزیز هستش بیشتر بشه . به هر حال طرح یک ایده اگر نمای ظاهری کاری باشه ، در باطن هم نحوه اجرا و ایستادگی اون بسیار مهمتر هستش و اینکه آیا یک ایده به واقعیت میتونه بپیونده یا خیر .
از اونجایی که من در کار با نرم افزارهای نقشه کشی و طراح کلاً تعطیل به حساب میام ، هرجا نیاز به عکس یا شکلی بود ، اونها رو با دست میکشم و محاسبات احتمالی رو با دست نوشته و از اون عکس تهیه میکنم تا در اختیار دوستان قرار بگیره . امیدوارم که بتونیم با این بحث دید دوستان رو به مباحث ایستایی و ... که در نظر شما دوستان مطالبی خشک و بی استفاده و دور از درک هستش عوض بشه
من اطلاعاتی از سرفصل دروس ارائه شده در دانشگاه ها در رشته معماری ندارم ، ولی فکر کنم در قسمت استاتیک مطالی همچون
1- انواع نیرو
2- انواع بارگذاری
3- انواع اتصالات
4- تهیه نمودارهای برش و ممان
5- تهییه محاسبات ممان اینرسی و سطح
و در قسمت مقاومت مصالح
1- نیروهای تنش و کرنش داخل اجسام
2- رفتار تیرها در تنش و کرنش و پیچش
و در قسمت سازه
1- سیستم های ساختمانی کاربردی
2-سازه های فولادی و بتنی و روش های اجرا و کمک برای محسبات آنها
3-نقش زلزله در سازه
رو بتونم توضیحاتی هرچند مختصر بگم .

فکر کنم از همین امروز هم شروع کنم ، امیدوارم هرجا دوستان مشکل و یا سخنی دیدند و تونستند کمکی بکنند در خدمت باشم .

[mmbidhendi]

بار چیست ؟
ابتدایی ترین واژه . بار میتواند وزن باشد ، میتواند هوا باشد ، آب باشد ، خاک باشد ، من باشم ، شما باشید ! هر چیز قابل لمسی میتواند بار باشد . چیزی که نیروی جاذبه بر آن اثر بگذارد .
انواع بار چیست ؟
بار میتواند متمرکز باشد ، روی نقطه ای تمرکز کند ! در هندسه نقطه هیچ معنای ملموسی ندارد اما در ایستایی نقطه میتواند یک سطح باشد ! معیار سنجش نقطه ، نسبت سطح بار به سطح کل میباشد . شاید پایه صندلی که شما روی آن نشسته اید نمونه یک بار متمرکز باشد روی سطح کف طبقه ای که شما در آن زندگی میکنید .
بار میتواند گسترده باشد ! یعنی روی یک سطح پخش شده باشد . شاید موکتی که شما روی آن راه میروید نمونه بارزی از یک بار گسترده برای کف طبقه شما باشد .
بار میتواند مرده باشد ، یعنی اگر صدها سال هم بگذرد از جایش تکان نخورد ! مانند کف طبقه ! شاید شما کف را بکنید و عوض کنید ، اما کف ، هنوز هم کف است !
بار میتواند زنده باشد ! مثل من که الان پشت کامپیوتر نشستم و شاید 10 دقیقه دیگر در آشپزخانه باشم .
بار میتواند هوا باشد ! مانند زمانی که طوفان میآید ! هوا به تنهایی ضرری ندارد اما وقتی کاترینا میشود جان هزاران نفر را میگیرد !
بار میتواند آب باشد ! یک جوی آب به تنهایی کاری به کار کسی ندارد ! حافظ سالها در کنارش نشست و شعر هم گفت ! ولی اگر صدها جوی به هم بپیوندند سیل میشوند !
بار میتواند خاک باشد . به کوچکی شاید باغچه ای شود ، ولی وقتی روی هم قرار بگیرد میتواند کوهی باشد که هر لحظه میل به فروریختن دارد !
بار میتواند متمرکز متحرک باشد ! مثل ماشینی که روی پل حرکت میکند ! به تنهایی 2 تن وزن دارد اما روی 4 چرخ راه میرود
بار میتواند خیلی چیزها باشد !

[pegasus aromazi]

ممنون از توضیحاتت در مورد بار.اما فکر میکنم مشکل از اینجا شروع میشه که ما نمیدونیم این بار ها چه نوع نیروی درونی و بیرونی رو تولید میکنند.
این دقیقا نکته ای است که طراحان کنکور کاردانی به کارشناسی امسال هم به اون واقف بودن و سوال مطرحیشونو تو این باب دادند.
اونا تیر کنسولی داده بودند که سر تیر کنسولش یه بار منفرد تک بود و پرسیده بودند که در محل اتصال تیر به دستک کنسول چه نیرویی بوجود میاد؟پیچشی و خمشی و ..... .
البته میدونم که نوع نیروی حاصله بستگی به نقطه اثر نیرو نسبت به کل سازه داره اما اگر در مورد خود اصل نیرو توضیح بدی ممنون میشم.
یعنی توضیح بدی که خمشی و پیچشی و ...تو سازه چطورین؟باز برشی بیشتر قابل درکه که باعث بریدن جوش ها میشه اما بقیه گنگ هستند.

[mmbidhendi]

توی شماره 1 دیدیم که اصل اولیه هر سازه ای ، نیروهای وارد بر اون هستند . توی قسمت دوم مقداری از این نیروها رو با آیین نامه مورد بحث قرار میدیم . آیین نامه مبحث 6 مقررات ملی ساختمان بهترین منبع و مرجع برای بارگذاری یک سازه و ... میباشد ، هر چند که اطلاعاتی بسیار کلی رو ارائه کرده و بسیاری از اطلاعات جزئی تر نیاز به تخصص و یا تجربه میباشد . خوب ، پس بعد از تعریف هایی که کردیم شروع به بحث در مورد مقادیر و اندازه های اون میکنم .

بارھای مرده عبارتند از وزن اجزای دائمی ساختمانھا مانند :تیرھا،ستونھا، کف ھا، دیوارھا، بامھا، راه پله و تیغه ھا.وزن تأسیسات و تجھیزات ثابت نیز در ردیف این بارھا محسوب می شوند.

این تعریف بار مرده از این کتاب بود .
خوب ، حالا میخوایم چند مثال برای محاسبه بار مرده بزنیم ، مثال هایی کاربردی که در زندگی روزمره با اون سر و کار داریم .
مهمترین چیز برای محاسبه بار مرده ، وجود دیتایل اجرایی هستش ، دیتایل هایی که آقا سعید گودبوی زحمت اون رو کشیدند
مثال 1 ) کف یک ساختمان مسکونی با سیستم کامپوزیت
خوب ، اگر یک دیتایل اجرایی داشته باشیم ، این گزینه ها رو میبینیم ( به ترتیب از بالا به پایین )
1- سرامیک کف 1 سانتیمتر ( بسته به نوع سرامیک )
2- ملات ماسه سیمان 5 سانتیمتر ( فرض بسته به نظر بنای سنگکار )
3- بتن مسلح 10 سانتیمتر ( بسته به نظر طراح )
4- تیرآهن زنبوری شماره 18 به فاصله 1 متر ( بسته به نظر طراح )
5- لوله ها و کانال های تاسیساتی ( بسته به یک مقدار عرف به نظر طراح )
6- شاسی کشی سقف کاذب گچبرگ * ( کناف ) ( بسته به نظر مجری سقف )
7- گچبرگ*

* البته این کناف یک سیستم جدیدی هستش که به سرعت دارخ جای رابیس و گچ کاری رو میگیره ، باسه همین من این رو مثال زدم .

خوب ، وقتی صحبت از بار میشه ، در قسمت بار مرده ، وزن تنها عامل هستش . وزن ما انسان ها ( به شرط سلامت انشالله ) روی 2 پا قرار داره . ولی کف چطور ؟ وزن روی تیر ها و .. قرار دارند . در اینجا اینکه وزن توسط چه چیزی نگه داشته میشه مهم نیست ، بلکه سطح وزن مهم هستش . معیار طراحی و تشخیص بار مرده ، کیلوگرم بر متر مربع هستش . یعنی ما برای محاسبه بار مرده ، در نهایت وزنی رو بدست میاریم که روی 1 متر مربع از هر چیزی قرار داره . برای بدست اوردن این 1 متر مربع وزن ، ما باید وزن مخصوص مصالح داده شده رو داشته باشیم میدونیم که واحد وزن مخصوص ( چگالی ) کیلوگرم بر متر مکعب هستش . مثلا 1 مترمکعب آب ، 1000 کیلوگرم وزن داره ، یا یک مترمکعب سنگ مرمر 2700 کیلوگرم وزن داره . خوب ، این اطلاعات هم جزو جداول مبحث 6 ام هستش که من براتون میگذارم . حالا به محاسبه بار مرده دیتایل بالا میپردازیم :
برای این کار جدولی تهیه میکنیم :
ردیف مصالح طول عرض ضخامت یا ارتفاع وزن مخصوص وزن
1 سرامیک 1 1 0.01 2100 21
2 ملات 1 1 0.05 2100 105
3 بتن 1 1 0.1 2500 250
4 تیرآهن 18 1 - - 18.8 متر طول 18.8
5 لوله ها و تاسیسات - - یک مقدار فرضی 5
6 شاسی کشی - " " " 5
7 ورق گچی 1 1 0.01 850 8.5

خوب ، حالا با جمع زدن مقادیر وزن ، به وزن بار مرده در 1 متر مربع از سازه میرسیم . این مقدار عدد : 413.8 رو به ما میده که ما اون رو به بالا گرد میکنیم و 415 در نظر میگیریم یعنی سقفی با این دیتایل اجرایی 415 کیلوگرم بر مترمربع وزن داره .

حالا یک دیوار آجری رو فرض کنیم اون هم جزوی از بار مرده هستش ، چون شما دیوار رو همیشه دارید ، البته خوب ، شاید شما دوست داشته باشید محل دیوارها رو عوض کنید ! 2 اطاق خواب رو به یکی کاهش بدید ، یا قسمتی از پذیرایی رو به اطاق خواب اختصاص بدید این حق شماست پس دو نوع دیوار داریم . یکی دیوارهای بیرونی که همیشه هستند ، به هر حال شما دیوار خارجی ساختمون رو خراب نمیکنید و حذفش نمیکنید . پس همیشه وزن دیوار ثابته ، یکی هم دیوارهای داخلی . چون جای دیوارها و تیغه ها یکی نیست ، پس میتونیم بجای وزن هر دیوار ، وزن معادل اون دیوار رو روی کف ارائه کنیم . به این قضیه " بار معادل تیغه " میگند .
محاسبه این بار معادل تیغه به این صورت هستش :
وزن کل دیوارها ، تقسیم بر سطح طبقه ، بدون بازشو ها ( منظور از بازشو راهپله و آسانسور و نورگیر و .. هستش . )
حالا یک دیوار رو در نظر بگیرید ، دیواری خارجی
به ترتیب اگر سمت راست نمای خارجی و سمت چپ نمای داخلی اطاق باشه این مصالح رو داریم :
1- سنگ نما 2 سانتیمتر ( گرانتیت )
2- ملات ماسه سیمان ( دوغاب 3 سانت )
3- آجر 20 سانتی با ملات ماسه سیمان ( سفال )
4- ملات گچ و خاک 2 سانتیمتر
5- ملات گچ ( سفید کاری ) 0.5 سانتیمتر
6- رنگ ( که به حساب نمیاد )
من برای تلف نشدن وقت فقط اعداد نهایی رو با هم جمع میزنم :
32+42+63+420+6.5=563.5
پس وزن 1 مترمربع دیوار در راستای عمودی هم 565 کیلوگرم میشه حالا اگر ارتفاع دیوار 3.2 متر باشه یعنی در هر متر طول دیوار شما 1810 کیلوگرم دیوار دارید .

امیدوارم بار مرده رو خوب فهمیده باشید
حالا بار زنده
بار زنده اطاق ، مثل میز ، صندلی ، من ، کامپیوتر ، ضیط، تخت ، کتابهای کتابخانه شخصیم ، کمد و ... در آیین نامه تعریف شده 200 کیلوگرم بر متر مربع
بار زنده راهپله 350
بار زنده پارکینگ هم متغیر هستش ، برای پارکینگ های مسکونی عدد 500 در نظر گرفته شده
بار زنده بام هم دو گونه داره که بزرگترینش حساب میشه ، یکی برف و دیگری زنده ازدحام . زنده ازدحام 150 در نظر گرفته شده و زنده برف با توجه به چند پارامتر در نظر گرفته میشه ، برای جایی مثل تهران عدد 175 برای بام ساختمان مسکونی عددی نرمال هستش .

و در نهایت بارهای جانبی ، مثل آب ، خاک ، زلزله و باد .
آب و خاک در دیوارهای حائل کاربرد دارند ، مثل سدها ، دیوارهای بزرگراه ها ، خاکبرداری های عمیق و و و .
اما باد و زلزله . بین این دو باید چه کرد ؟
در طراحی هیچوقت بحرانی ترین حالت رو برای این قسمت در نظر نمیگیرند ، یعنی هیچ وقت فرض نمیشه هم طوفان باشه هم زلزله بشه ، ( اگر اینطوری شد بدونید که بریم بمیریم بهتره تا ادامه زندگی بدیم :» ) پس اون مقداری که در نهایت بیشتر میشه رو مد نظر میگیرند .
مقدار بار باد بسته به یک سری پارامتر ، باز هم بصورت کیلوگرم بر مترمربع به نمای ساختمون وارد میشه .
اما بار زلزله بصورت یک بار متمرکز به مرکز جرم ( و سختی ) سازه وارد میشه ، نیروی زلزله به عوامل زیر بستگی داره :
1- نوع سازه ( مسکونی و .. )
2- ساختگاه سازه ( تهران ، قم ، اصفهان و ... )
3- نوع خاک بستر
4- سیستم سازه ( اتصال ساده با مهاربند ، قاب خمشی ، بتنی خمشی ، بتنی با دیوار برشی و .... )
5-وزن سازه
** وزن سازه بسته به نوع سازه با ضریبی از بار مرده + ضریبی از بار زنده + وزن دیوارها و ستون ها و ... بدست میاد ! بالفرض میگیم وزن یک ساختمان مسکونی به اینصورت هستش : وزن بار مرده کف + 20% وزن بار زنده ! چون هیچوقت تمامی کف پر از وسائل و انسان ها نیست . یا برای بیمارستان 20 به 40 تغییر پیدا میکنه و و و ...

خوب ، این هم از بارگذاری خیلی مختصر و ساده و مفید دیگه فکر نکنم وهم برتون داره که ااا وزن این ساختمون چقدره ؟
پ.ن. وزن یک ساختمون بتنی 5 طبقه مسکونی با زیربنای 400 متر حدود 3000 تن میشه

صبر کنید ، زیاد عجله نکنید . به نیرو ، لنگر ، تنش ، کرنش ، خمش ، برش ، پیچش ، نمودار برشی ، نمودار خمشی ، قابها و ... هم میرسیم

[mmbidhendi]

خوب ، فکر کنم در مورد بار کسی سوالی نداشته باشه J به هر حال پیش نیاز تمام مباحث عمرانی ، شناخت بارهای وارده هستش ، تاحالا هم که سوالی کسی نپرسیده حتماً مشکلی نیست دیگه J پس بریم سر حرف های امشب :
نیرو چیست ؟ سوال سختی نیست ، اگر به بار شما راستا و جهت بدید ، نیرو بدست میاد ! راستا و جهت ها هندسی و قراردادی هستند ، مثلاً X و Y در صفحه افقی و Z عمود بر این دو ممکنه باشه ، ممکنه X در افق و Y در عمود باشه ، به هر حال این مسئله ایه که شما در موردش تصمیم میگیرید .
اما قسمت بعدی ، لنگر ( ممان ، گشتاور ) هستش . خیلیها با این قضیه مشکل دارند که گشتاور چیه ؟ توی دبیرستان یا راهنمایی این موضوع رو همه خوندن ، همون جریان معروف الاکلنگ بهترین مثال در مورد این بحث هستش . که فرض میکنیم پسری به وزن 75 کیلو در سمت راست یک الاکلنگ به فاصله 2 متری نشسته ، دختری به وزن 55 کیلوگرم در چه فاصله ای مرکز بشینه تا تعادل برقرار بشه ؟ خوب ؟ توی صورت مسئله بیان شده که هدف ایستایی هستش . یعنی سیستم ما به حالت استاتیک برسه ، دختر و پسر در تعادل باشند و هیچ تکانه ای نداشته باشند . اما چیزی که باعث این تعادل میشه چیه ؟ وزن دختر و پسر یا فاصله اونها از مرکز ؟ مسلماً هر دوی اینها ، پس به یک رابطه اساسی میرسیم ، لنگر رقمی از حاصلضرب نیرو در فاصله میباشد ! اما فاصله از کجا ؟ مطمئناً تکیه گاه J خوب ؟ تا اینجا هم مشکلی نیست ؟ بریم سراغ قسمت های بعدی ؟
اوم .. الان بهتره قبل از اینکه وارد فرمول های اصلی بشم ، یک توضیحاتی عمومی از انواع تکیه گاه بدم ، یعنی یک سری حرف های عامیانه ، از اونجایی که 3 نوع تکیه گاه پرکاربرد داریم توی ساختمان ، من همون 3 تارو میگم و خوب ، بیشترش حتماً توی جزوات پیدا میشه J
تکیه گاه همونطوری که از اسمش مشخصه ، محل تکیه دادن هستش ، جایی که نیرو در اون مستهلک میشه ، یا منتقل میشه ، جاییه که نیرو در اون قسمت پایان میپذیره و تبدیل به نیروی دیگری میشه . این بهترین تعریفی بود که میشد ازتکیه گاه کرد . اما انواع این تکیه گاه ها رو بگم براتون که پرکاربرد ترینشون هم هست :
1-تکیه گاه گیردار ، اسمش روشه ، یعنی گیره ، بهترین مثالی که میشه برای این تکیه گاه زد ، اینه که فکر کنید یک خط کش داریم و اون رو با مشتمون گرفتیمش ، یعنی 10 سانتش توی دستمون ، مطمئناً تاب مقاومت در برابر نیروی بیشتری رو داره وقتی که با دست روی سر اون فشار بیاریم !
2-تکیه گاه مفصلی ، عین مفصل میمونه توی بدن ، یعنی یک سری حرکت انجام میده ، میچرخه تکون میخوره و ... ولی از جاش در نمیاد ، اگر برای همون خط کشه دوباره مثال بزنیم مثل این میمونه که با نوک انشگتامون اون رو گرفتیم
3-تکیه گاه آخری هم غلطکی نامیده میشه ، تکیه گاهی که همه حرکتی میکنه ، الا اینکه از جاش بلند شه ، باز برگردیم به همون خط کشه ، مثل این میمونه که با چسب به انگشت شما چسبیده شده باشه J یا مثلاً گیره پرده رو نگاه کنید ، میتونه یک مثال خوبی باشه که همه وری میره اما در نمیاد J

خوب ، هر کدوم از این تکیه گه ها روابط فیزیکی هم دارند که وقتی بحث جدیتر شد بهش میپردازیم J

پس بصورت خلاصه تا الان ما بار رو توضیح دادیم که چیه ، این بار با راستایی که داره نیرو میشه ، بعد این نیرو تولید یک لنگر میکنه و این لنگر و نیرو همراه با هم به تکیه گاه باید منتقل بشند . حالا وسط این انتقال چه اتفاق هایی میافته تا نیرو از جاش به تکیه گاه برسه رو فردا سعی میکنم توضیح بدم .

[mmbidhendi]

خوب ، تیسم عزیز سوالاتی پرسیدند در دو تاپیک مجزا که من سعی میکنم جواب مناسبی به اونها بدوم :
سوال : بارهای بهره برداریSERVICE LOADS((بدون ضریب)) چیه؟چه جوری ؟تاثیرش؟
جواب :بارهای بهره برداری ، بارهایی هستند که در زمان بهره برداری از سازه در حال تولید نیرو هستند ، مثلاً الان که تابستون هستش ، بارهای بهرهبرداری بام فقط بار مرده اون هستش و هیچ بار زنده و یا برفی وجود نداره ، پس در حال حاضر بار بهره برداری اون بار مرده کفسازی هستش ، در زمستان بار بهره برداری ، بار مرده + بار برف موجود هستش ، حالا این برف میتونه 1 سانتیمتر باشه میتونه 50 سانتیمتر که باید محاسبه بشه . در آیین نامه سازه فولادی در بخش 10 1 9 این موضوع بررسی شده و این توضیح اومده : شرایط بهره برداری عبارت است از شرایطی که در آن سازهء ساختمان ضمن انجام نقش اصلی خود ( مقاومت در برابر نیروهای خارجی ) ، حفظ ظاهر ، عوامل سرویس و نگهداری ، دوام ، پایداری و نیز راحتی استفاده کنندگان را تامین میکند .
سوال : بارها همشون باعث ایجاد تنش میشن؟سر بارها کدوم باران؟
جواب : حتی در هنگامی که باری هم وجود نداشته باشه مقداری تنش ایجاد میشه ، کلاً جسم بدون تنش در شرایط عادی وجود نداره ، یکی از عوامل تنش بارهای حرارتی هستند ، پس بالواقع هیچ محیط ایزوله ای وجود نداره که جسمی بدون تنش داشته باشیم لازم به ذکره که جسم حتی تحت تاپیر وزن خودش نیز دارای تنش هستش . سربارها ، بارهای اضافی وارد بر یک محیط هستش ، بارهایی که ممکنه باشه و یا نباشه و به عوامل انسانی وابسته هستش ، برای نمونه یک دیوار رو در نظر بگیرید که یک سمتش خاک هستش و یک سمتش بزرگراه . مثب بزرگراه نیایش در تهران ، یا مدرس حدفاصل حقانی تا همت که یک دیوار ، تپه و خاک رو از بزرگراه جدا کرده ، در حالت عادی این خاک ، فقط بار خاک رو داره ، اما اگر یک جرثقیل ، کامیون ، وانت حامل سنگ و .. بره اونجا قرار بگیره میشه سربار زنده برای اون خاک .
سوال : بار مرده ی ساختمون کلا ثابت یا چون تغییراتش کمه ثابت در نظر گرفته میشه؟
جواب : کلاً ثابت نیست چون ممکنه تحت اجرا و ... کم یا زیاد بشه ولی چون تغییرات کمه و با ضریب اطمینان در نظر گرفته میشه میشه ازش صرفنظر کرد ، ولی هرگونه ایجاد تغییر عمده باید با هماهنگی طراح انجام بشه .
سوال : دربارگذاری استثنایی داریم: ترکیبی از بارهای عادی+اثر باد و بارهای عادی+زلزله بارهای عادی بار برف و رانش زمین و ایناست دیگه؟همون بار زنده؟
جواب : بارگذاری های استثنایی به این صورت هستند : بار مرده + بار زنده + بار زلزله یا باد که البته بسته به علامث + یا - این مقادیر بیشینه یا کمینه میشند .
سوال : خوب ، وقتی صحبت از بار میشه ، در قسمت بار مرده ، وزن تنها عامل هستش . وزن ما انسان ها ( به شرط سلامت انشالله ) روی 2 پا قرار داره . آقای مهندس اگه سالم نباشن چی؟
جواب : ما انسان های زنده هستیم ، پس بار ما هم زنده خواهد بود ، و یادمان باشد مرده هیچ گاه روی زمین نمیماند البته انسانش )
سوال : تنش حد جاری شدن یعنی چی? تنش های مجاز در محدودخ ی ارتجاعی است یعنی چی؟ کلا در مورد طراحی با تنشهای مجاز یا همون روش ارتجاعی میشه توضیح مدین؟
جواب : اندکی صبر سحر نزدیک است .
سوال :تفاوت سازه های ایزو استاتیک((معین))و هیپراستاتیک((نا معین))چیه؟کلا به چه سازه هایی گفته میشه؟
جواب : اندکی صبر سحر نزدیک است .
سوال : خاصیت شگل پذیری مصالح که باعث خمیری شدن میشه یعنی کل ساختمون میاد پایین؟!!!!!!
جواب : اندکی صبر سحر نزدیک است .

[mmbidhendi]

خوب ، چه خبرا ؟ میخواید تمرین بهتون بدم عزیزان بیکار نباشید آخر تابستونیه ؟ J خوب باشه نمیدم چرا فحش میدید J من اگه میفهمیدم اولین فحش به استاد در تاریخ توسط کی داده شد حتماً لعن و نفرینش میکردم ، البته خود من جزو کسایی بودم که همیشه به اساتید گرامی ، غیر از تعداد معدودیشون فحش نثار میکردم ، حالا بیخیال از شیرین کاریامون نمیخواد بگیم . امروز ، یعنی امشب در مورد اتفاقایی که توسط نیرو داخل جسم میافته صحبت کنم ، البته همین قضیه خودش یک کتاب قطوری میشه که نگو و نپرس که از اون کتابها نوشته شده و هرکی بیکار شده یک تجدید نظری بهش کرده و اضافه کرده بهش و هی اضافه کرده تا اینکه انواع و اقسام کتاب به نام " مقاومت مصالح " شکل گرفته J حالا من از توی اینهمه کتاب یکیشو خیلی بیشتر دوست دارم حالا بماند کدوم رو . یک سری تعاریف براتون میذارم راجع به نیروهای داخلی ، حتماً همه شماها و من بارها این اصطلاح هارو شنیدیم ، حالا ببینیم اصلاً چی بوده و هست J

برای آشنا شدن با یک سری واژه ها باید یک سری فرضیات رو در نظر بگیریم . فرض ها اولیه مقاومت مصالح که به ساختار درونی اونها میپردازه .
فرض اول : قسمتهای مختلف یک جسم دارای ساختمان پیوسته میباشد .
فرض دوم : مصالح ساختمانی دارای تجانس هستند ، یعنی خواص قسمتهای مختلف در آنها شبیه یکدیگر هستش . اگر وارد جزئیات بشیم ، فولاد بسیار متجانس بوده چون تماماً از ترکیبات آهن و کربن و .. تشکیل شده که ساختار مولوکولی مناسبی داره ، و بتن رو با تجانس کم در نظر میگیریم ، چون از ترکیب مستقیم سنگ ، سیمان و آب و ... تشکیل شده و در واقع یکپارچگی نداره در ساختار درونی .
فرض سوم : مصالح دارای خاصیت ایزوتروپی باشند . یعنی خواص اونها در امتدادهای مختلف یکسان باشه ، باز هم میشه فولاد رو به عنوان ایزوتروپ ترین جسم ساختمانی در نظر گرفت ، چون از هر طرف که بچرخونیش فولاده و خواص فولاد رو داره ، اما چوب رو نمیشه جزو مصالح ایزوتروپ دونست ، چون در یک سمت دارای حلقه های سن هستش ، در یک سمت دیگه خیر ، از یک سمت به راحتی بریده میشه اما در سمت دیگه خیر و ...
فرض چهارم : از نیروهای داخلی که توسط مولوکولها ایجاد میشه صرفنظر میکنیم .

خوب ، تا اینجا که مشکلی نبود ؟ البته این فرضیات خیلی بیشتر از این حرفا هستش ولی گفتنش دردی و درمون نمیکنه ، نمکی هم به زخمی نمیپاشه پس برم سراغ قسمت بعدی .

تنش ( استرس یا تلاش )
در هر مقطعی جسمی که تحت تاثیر نیروهای داخلی قرار گرفته است نیروهای مختلفی توزیع شده که ممکن است در نقاط مختلف مقطع ، مقدار و جهت این نیروها مختلف باشد . برای محاسبه مقدار و جهت این نیروها یک جزء ( المان ) از سطح جسم را در نظر میگیرم ، منظور از جزء واحد بسیار کوچک میباشد . نیروهای وارد بر این المان که از خارج به جسم وارد شده اند را مینامیم و خود مقدار سطح را مینامیم . حال مقدار تنش را میتوان با تقسیم نیرو به سطح بدست آورد . یعنی :

حالا شکل این جزء رو در نظر بگیرید به صورت یک مربع باشه ، 4 فلش بصورت شمال ، جنوب ، شرق و غرب از مرکز اون خارج کنید و 4 فلش مماس بر مربع دو به دو به یک سمت در نظر بگیرید . مولفه های عمود نقش تنش عمودی و مولفه های مماس نقش تنش برشی رو ایفا میکنند .



خوب ، حالا این یک سطح بود و یک مربع رو جدا کردیم ، ولی میدونیم که اجسام دارای 3 بعد هستند ، پس با همین مربه یک مکعب میسازیم و تئوری الاستیسیته بوجود میاد که میگه در هر جسم ، اگر المانی جدا بشه در 3 سطح عمود بر هم تنش وجود داره . اگر هر سه تنش مخالف صفر باشند تنش سه محوره ، دو تنش مخالف صفر باشند و یکی صفر باشد دو محوره ، و اگر دو تنش برابر صفر باشد تنش تک محوره در جسم بوحود میاد .
خوب ، منظور از تنش عمودی و برشی رو متوجه شدید که چیه ؟ حالا در آینده که مثال ها کاربردی بشه بهتر متوجه میشید . تعریفات بعدی :
کشش : اگر جسمی تحت نیروهای زیر قرار بگیره دچار نیروی کششی میشه :
و اگر مثل شکل زیر بهش نیرو وارد کنیم دچار فشار میشه :

خیلی جالب بود نه ؟ به همین سادگی ، حالا یک کش رو فرش کنید که میکشیدش ، خوب کشش داره بهش وارد میشه و چون کش جسمی دارای مقدار الاستیسیته خیلی بالاییه کش میاد و اون رو ما متوجه میشیم ، در صورتیکه همین موضوع رو برای فولاد بخوایم بفهمیم باید دو سر اون رو با نیرویی معادل چند تن بکشیم تا شاید چند سانتیمتر کش بیاد ، تازه اونم ما نمیبینیم .
اما در مورد فشار ، بهترین مثالی که میشه زد بطری خالیه آب معدنی یا نوشابه ، درش رو نیمه باز کنید تا هوا بتونه خارج شه ، بعد روش فشار بیارید ، مچاله میشه و تغییر ارتفاع پیدا میکنه ، در مورد بتن هم این موضوع صادقه ؟ بله ، ولی باز هم باید نیرویی معادل چند تن بهش وارد کنید ، تازه اون هم بخاطر اینکه دارای خاصیت ارتجاعی زیادی نیست ما خیلی متوجه نمشیم و قبل از اینکه ببینیم چقدر ارتفاعش زیر فشار کم شد ، بتن رو از دست دادیم J

[mmbidhendi]

یعنی تنش به خاطر نیرو های درونی بوجود میاد؟نیروهای خارجی باعث تنش نمیشن؟چه جوری میشه تنش رو از بین برد؟اینجا میشه دیگه تنش مجازو حد جاری شدن رو توضیح بدین؟

نخیر ، شما یکبار دیگه بخونی میبینی که نیروهای خارجی باعث ایجاد نیروهای درونی میشه ، تنش رو نمیشه از بین برد ، تنش مجاز و حد جاری شدن رو هم ایشالله میذارم ، امشب درگیر بودم وقت نکردم تایپ کنم

[mmbidhendi]

خوب امروزم یک سری واژه تعریف کنم :
ضریب الاستیسیته :
فاکتوری است که به جنس جسم بستگی داشته ، تغییر طول نسبی جسم با تنش عمودی اعمال شده را متناسب میداند ، بدون بعد است و در نهایت استحکام جسم مربوط و یا بعارت دیگر مقاومت آنرا در برابر تغییر شکل بیان میکند . به مدول الاستیسیته و مدول یانگ نیز معروف است .
برای مثال ضریب E فولاد : 2.1E6
ضریب چوب 1E6
ضریب آلومینیوم 0.675E6
ضریب پلاستیک با الیاف پشم شیشه : 0.18E6
و ضریب بتن 15100 برابر مجذور مقاومت فشاری بتن ، یعنی برای بتن با مقاومت 200 عددی برابر 15100*200^0.5 که عدد : 0.21E6 رو میده .
* : منظور از E6 عدد 10 به توان 6 هستش .
ضریب پواسون :
نمایشگر میزان تغییر شکل عرضی ، ضریب تغییر شکل عرضی ، همراه با اضافه شدن طول جسم در اثر نیروهای کششی ، قطر آن کاهش میابد . برای مصالح پرکاربرد :
فولاد : 0.25-0.32
آلومینیوم : 0.32-0.36
شیشه : 0.25
بتن : 0.08-0.18
حالا برگردیم که اصطلاحات تنش که تبسم خیلی روش تاکید دارند :
این اصطلاحات از یک آزمایش به نام آزمایش کششو فشار بدست میاد . توی این آزمایش که نمونه استوانه ای ، به قطر 20 میلیمتر رو تحت کشش قرار میدند ، این نمونه باید شرایط استانداردی داشته باشه مثل اندازه و دما و جنس و ... در طی این آزمایش رابطه بین نیروی اعمال شده و تغییر طول رو بدست میارند ، یا در واقع با نوشتن اعداد در هر لحظه دو نقطه مختصاتی بدست میاریم ، نمودار عمودی منحنی اعداد نیروی وارده یا همون تنش رو نشون میده ، نمودار افقی تغییر طول رو نشون میده ، پس با داشتن این دو عدد یک نمودار رسم میشه . سعی میکنم شکل این نمودار رو براتون بذارم که ببینید چطوریه ، در مورد نمودار چندین نقطه مشخص وجود داره . حالا شکل نمودار رو پیدا میکنم براتون قرار میدم ، توی این شکل نقطه ها رو براتون توضیح میدم :
A : نقطح ای به نام حد تناسب ، که توی این قسمت تغییر طول با تنش رابطه مستقیم و خطی داره ، یعنی به ازای 1 کیلوگرم نیرو اگر 1 میلیمتر اضافه بشه ، این رابطه پیوسته تا نقطه A ادامه داره ، یعنی 2 کیلو ، 2 میلیمتر ، 3 کیلو 3 میلیمتر ، 5 کیلو 5 میلیمتر ، البته اعدادی که میگم من در آوردی هستش J ولی در کل بدونید که حدود عدد 2000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع هستش ، برای فرض فکر کنید یک نمونه فولادی دارید دایره ای شکل ، برای مساحت 1 سانتیمتر مربع باید قطر این نمونه حدود 11 میلیمتر باشه ، اگر یک سر این میله رو به سقف ببندیم و به زیرش یک وزنه 2 تنی آویزون کنیم ( دو تن تقریباً 3 تا پراید میشه ) این فولاد فقط تغییر شکل میده و طولش اضافه میشه .
B : حد الاستیک : تا این حد ، اگر نیرویی به جسم وارد بشه ، جسم خاصیت ارتجاعی خودش رو حفظ میکنه ، ارتجاعی یعنی مثل کش بودن ، یعنی در نهایت اگر تا این نقطه نیرو وارد کنیم ، بعد نیرو رو برداریم فولاد به طول اولیه اش برمیگرده ، اندازه اون هم 2100 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع هستش .
C : تنش تسلیم یا بحرانی Fy : توی این نقطه دیگه بدون اینکه نیرویی اضافه وارد کنیم تغییر شکل رو داریم ، مثل پلاستیک آب شده جسم کش میاد و دیگه خاصیت و حالت اولیه اش رو نداره . این عدد 2400 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع هستش . یعنی شما اگر به میله ای که توی بالا توصیفش کردم وزنه 2400 کیلوگرمی آویزون کنید ، تا 2100 تا تغییر شکل میده ، از 2100 تا 2400 به طولش اضافه میشه و دیگه برنمیگرده به طول اولیه اش ، و از 2400 به 2401 برید فقط کش میاد ، بدون اینکه بهش چیزی اضافه کنید !!!
D : مقاومت نهایی : توی این قسمت جسم دوباره سختی خودش رو بدست میاره و دوباره شروع به مقاومت میکنه ، جالبه نه ؟ ولی دیگه خاصیت اصلی فولاد رو نداره و در مرحله شکل پذیری به نام پلاستیک قرار داره ،
E : توی این نقطه تنش به حداکثر خودش میرسه ، این اندازه برای فولاد های ساختمانی رایج عدد 3700 هستش ،
و عدد N که دیگه تنش انقدر بالا رفته توی جسم که مقطع کوچک و کوچکتر میشه تا از هم گسیخته بشه .
بهترین و دم دستی ترین مثالی که میتونم توی همین موضوع بزنم ، آدامس هستش ، یک آدامس جویده شده رو در نظر بگیرید ، اگر یک مقداری اون رو بکشیم ، برمیگرده سر جاش ، اگر بیشتر بکشیم همون شکلی میمونه ، اگر بیشتر بکشیم و ولش کنیم خودش کش میاد و اگه صبر کینم تا یه حدی که کش اومد دوباره ثابت میشه و اگه یک تلنگر کوچیک بهش بزنیم دوباره کش میاد تا اینکه یهو تیکه میشه و ما دو تا آدامس داریم !
تنش مجاز : خیلی از وقتها بارهای اعمالی به جسم و خواص مصالحی که جسم از اون ساخته شد ممکنه با اون چیزی که در ابتدای طرح مد نظر بوده فرق هایی داشته باشه ، عواملی باشه که مقاومت جسم رو کاهش میده ، که اکثراً هم اتفاقیه و قابل پیش بینی نیست ، در نهایت اجزا ساختمون و یا هر چیز دیگه ، ماشین آلات و ... باید با وجود این عوامل هم با ایمنی کامل کار کنند و بایستی در این موارد هم پیش بینی هایی در نظر گرفته بشه ، پس تنش مجاز رو کمتر از تنش نهایی در نظر میگیرند تا ضریب اطمینانی باشه برای این اتفاقات .حالا این تنش مجاز برای فولاد چقدره ؟ عدد 0.6 و 0.66 در تنش تسلیم . یعنی عددی برابر 0.66*2400=1584 و 0.6*2400=1440 ! که البته هر کدوم در شرایط مشخصی کاربرد دارند .
خوب ، قصه امروز به سر رسید ! میبینم که طرفدارای آنچنانی نداره اینجا J یا داره من نمیبینم ؟ J یا هنوز دوستان همه اینها رو بلدند ؟

[mmbidhendi]

خوب ، من تاحالا فقط در مورد کشش صحبت کردم و اینکه اگر عضوی تحت کشش باشه چه اتفاقی براش میافته ، تبسم باز هم سوالات خوبی و پرسیدند که من میخواستم توی توضیحات مربوط به فشار بهش اشاره کنم ، ولی از اونجایی که هنوز متنی رو آماده نکردم ، یکمی مختصر توضیح بدم در مورد مهاربندها و اینکه چرا ضربدری بهتره و کششی و .. ؟
سوال : چرا اگه عضوهای مهاربندی برای کشش طراحی بشن و ضربدری بهنتره؟
جواب : عضوهای مهاربندی ، در کشش هیچ مشکلی ندارند ، چه بسا مقطع هایی بسیار کمتر هم در مهاربند از نظر کشش جوابگو باشند ، مهمترین عامل مهاربند ، نیروی فشاری در اونهاست ، چرا ضربدری میشه ؟ برای اینکه نیرو مستقیماً به ستون اعمال بشه ، در مهاربندهای هفتی ، هشتی ، برون محور ، دروازه ای و .. نیرو به تیر منتقل میشه ولی در ضربدری نیرو مستقیماً به ستون منتقل میشه ، وقتی شما ضربدری میگذارید ، یعنی از دو مهاربند قطری استفاده میکنید ، مهاربندی قطری سمت چپ بالفرض دچار کشش میشه و مهاربند قطری سمت راست دچار فشار و در نیروی برگشت زلزله جای این دو عوض میشه ، پس عملاً نیروی وارده به اون مهاربند ها نصف میشه ، این بهترین دلیل برای بکاربردن مهاربند ضربدری هستش .
اما در مورد نیروی فشاری
همونطوری که در کشش ، عضو کشیده میشه ، در فشار هم عضو فشرده میشه ، این فشردگی برای زمانی که ما ستون و مهاربند داریم خیلی مشهودتره ، دیگه تنش های تسلیم و .. کاربردی ندارند که ما از اونها مستقیماً ضریب اطمینان بگیریم ، در واقع در هنگام فشرده شدن عضو ، عضو دچار معضلی به نام کمانش میشه ، این کمانش اسمشم روشه ، یعنی عضو کمونه میکنه ، بهترین فرضی هم که میشه براش کرد اینه که اگر ستون یا مهاربند شما زه کمان باشه ، بعد از فشرده شدن خود کمان میشه ، یا خط کش رو فرض کنید وقتی عمودی نگهش میداری و بالاش رو فشار میدید از یکی از پهلوهاش حتماً شکم میده . حالا این شکم دادگی معضل ماست که باید تا حد مجازی باشه. حتماً سعی میکنم تا فردا در مورد فشار و تنش های مجاز فشاری مطلبی رو بگذارم ، و یک مطلب هم در مورد نیروهای داخلی ، معینی و نامعینی ، پایداری هندسی و غیرهندسی و .. قرار بدم که اطلاعات اولیه تحلیل سازه هستند .