ارزیابی و تحلیل سازه های چوبی

 سازگار با محیط زیست

و مقاوم در برابر زلزله

1.ضرورت استفاده از سازه چوبی

مسکن و ایجاد سرپناه ارزان و مقاوم یکی از مهم ترین نیازهای جامعه بوده و رسـیدن بـه ایـن امـر در صـورت بررسی همه جانبـه مصـالح و بکـارگیری مناسـب علـوم مهندسی و بهینـه سـازی طـرحهـا و مصـالح امکـانپـذیر میباشد. پس از زلزله سال 1369 گیلان که تعداد زیـادی از خانه های چوبی و گلی ویران شدند مشـاهده شـد کـه تعدادی از این بناها که دارای اسکلت و تیر و ستون و پی مناسب بودند زلزله آنها را تخریب نکرد و بـهجـز چنـد ترک قابل ترمیم چندان آسیبی به آنها وارد نشد. با توجه به ارزان بودن مصالح چوبی و گلی و همچنـین بـا توجـه به مزایـای زیسـت محیطـی اسـتفاده از مصـالح بـومی و همچنین سبک بودن خانه های چوبی و کاهش چشـمگیر اثر زلزله مزایای دیگری که ذکر میشود،

ضرورت استفاده از بناهای چوبی بیشتر مشخص میشود. استفاده از گل، کاهگل و چوب از عصر حجر با انسـان بوده و مقاومت ساختمان چوبی بـه عصـر نوسـنگی بـاز میگردد. در کاخهای باستانی هگمتانه از چـوب سـدر و سرو استفاده شد و در ستون ها و سقف تخت جمشـید از چوب های بلـوط و گـردو اسـتفاده شـده اسـت. چـوب برخلاف سایر مصالح سـاختمان پـس از گـل بـه خـاطر خاصیت شکلپذیری فراوان، طبیعی بودنش و سـازگاری با روحیه انسـان از مطلوبیـت ویـژهای برخـوردار اسـت. امروزه نیز بهدلیل کشف خواص مکانیکی این ماده که در ساختمانسازی بسیار چشمگیر میباشد. سبب بهکارگیری گسترده آن توسط مهندسین در ساختمان شده و تحقیقات گسترده علمی در ارتباط بـا خـواص مکـانیکی چـوب از حدود 200 سال پیش از اوایل قرن 18 آغاز شـده اسـت. در اروپا از ابتدای قرن 20 در زمینه ساختمانهای چـوبی و هم پلهای چـوبی فعالیـت شـده و بـهدلیـل مقاومـت مناسب، وزن کم و قابلیت جذب انرژی مناسب، پلهـای متعددی ساخته شده است که تعداد زیادی از آنها امروزه مورد استفاده قرار میگیرد و این فعالیـتهـا در 4 سـال اخیر مخصوصاً در کشـور آلمـان رشـد گسـتردهای یافتـه طوری که آئین نامه دین آلمان (DIN )کاملاً ویژگیهـای چوب را بررسی و بهصورت منحنـیهـایی اعـلام نمـوده است.

این مطالعات پس از زلزله سال 1979 نـورتریج در آمریکــا شــدت گرفــت و آئــین نامــه AITC( طــرح ساختمانهای چوبی) تـدوین گردیـد و مهندسـین را بـه سمت ساخت خانه های سبک چوبی مقاوم در برابر زلزله تا 5 طبقه سوق داد بهطوری که در حـال حاضـر بـیش از 80 %سـاختمان هـای تـا 5 طبقـه کشـور آمریکـا چـوبی میباشند. همچنین 71200 پل در آمریکا از چوب سـاخته شده است که 12 %پلهای آن کشور را در بـر مـیگیـرد. مقاله پژوهشی فوق نیـز ضـمن مطالعـه و ارائـه خـواص مکانیکی چوب و مطالعه بر روی 400 واحد مسـکونی و سنتی و مصالح و چوب های بکارگرفته شده در دیوارها و سقف ها و پیهای آنها را بررسی قرار داد و بهترین نـوع چوب را که میتوان در اجـزای سـاختمان اسـتفاده کـرد، ارائه مینماید و همچنـین بهتـرین الگـوی دیـوار، پـی و سقف چوبی را کـه مـیتوانـد در مقابـل زلزلـه واکـنش مناسبی داشته باشد، مطرح و این الگـوی کامـل را مـورد تجزیـه و تحلیـل بـا نـرم افزارهـای Etabs و محاسـبات تحلیلی قرار دهد. در ابتدای امر لازم است که بهطور کلی خواص ویژگیهای چوب مورد بررسی قرار گیرد و لزوم استفاده از آن در ساختمان مشخص گردد.

2.ویژگی های چوب

1. از ویژگیهای چوب سبکی آن میباشد یعنی چگالی چوب بین 900 -kg/m2 350 میباشد در حالی که فـولاد حـدود kg/m2  7800 و بتن 2300  kg/m2 است.
2. چــوب در عــین ســبکی دارای مقاومــت مناســبی میباشد مثلاً برای درختان سوزنی برگ مثل درخت کـاج مقاومت فشاری چوب حدود 70-160  kg/m2 و مقاومت قاشری نهایی آن 510 kg/m2  میباشد که برای درختان پهن برگ میباشد
3. – یکی از مهمترین خواص نسـبت مقاومـت بـه جـرم حجمی چوب میباشـد کـه حـدود 2 تـا 5 برابـر فـولاد میباشد مثلاً «برای چوب کاج که مقاومت متوسـط Fu/P=1.02 داردو برای فولاد  Fu/P=0.51است. که این امر نشان مـیدهـد کـه چـوب در عـین سبکی مقاومت بسیار مطلوبی از خود نشان میدهد
4. از آنجا که میزان تخریب زلزله تابعی از جـرم و وزن ساختمان است و چوب دارای چگالی کمی نسبت به بتن و فولاد میباشد. پس ساختمانهای چوبی بسیار سبکتـر از ساختمانهای بتن و فـولادی شـده و نیـروی برشـی و افقـــی کمتـــری ناشـــی از زلزلـــه در آنهـــا ایجـــاد میشود پـس اثــر زلــزله در ایـن سـاختمان هـا کـاهش مییابد.
5. چــوب دارای مقاومــت حرارتــی بســیار مناســبی میباشد مقاومت عبور گرما در چـوب بـین0.2 تـا 0.33 میباشد حال آنکه دیوار آجـری توخـالی حـدود 0.17 و دیوار بلوکی توخالی 0.18 میباشد.
6. شـکل پـذیری و ایجـاد اتصـالات مناسب و اجرای سریع نسبت به بتن و فولاد و همچنـین هزینه بسیار پـایین احـداث ایـن سـاختمان هـا در مقابـل ساختمانهای فلزی و بتنی

البته چـوب دارای معایبی نیز میباشد از جمله رطوبت زیاد باعث پوسیدگی آن میشود یعنی باید ابتدا حتماً خشک شود و رطوبت آن به کمتر از 15 %برسـد و سـپس بـه آن مـواد نگهدارنـده افزوده شود البته این مواد از 70 سال پیش با نـام تجـاری آرسنات مس کرم دار cca استفاده میشد که بـیش از 50 سال از چوب محافظت مینماید و از سال 2002 نیز ایـن ماده با تغییرات اندکی کاملتر شـده و معایـب آن از بـین رفته اسـت. همچنـین چـوب در مقابـل آتـش نیـز بایـد حمایت شده و مواد ضد آتش مثل آنتیسپرین و یا حتـی گچ به آن زده شود.

3.بررسی انوع چوب موجود و ارائـه بهترین الگو برای سازه های چوبی

پس از 3 سال بررسی و مطالعـه بـر روی بـیش از 400 واحد مسکونی سنتی موجـود در نـواحی جنگلـی شـمال ایران این نتیجه بهدست آمد که اولاً در نواحی مختلف بـا توجه به پراکندگی گونه های مختلف، چوب ساختمانهـا متفاوت میباشد مثلاً در ارتفاعات بالای 400 متـر بیشـتر از چوب های درختان بلـوط در تیـر و سـتون و یـا حتـی سقف ها استفاده شده است یا در نواحی کوه پایهای استان گیلان از درخت زربین که امروزه گونه محافظت شـده و بسیار کمیاب میباشد و در پی استفاده شده است. عـلاوه بر این چوب ها، در تیرها و ستون ها عملاً درختان قویتر همچون شمشـاد، بلـوط و راش اسـتفاده مـی شـود و در دیوارها و کف ها یا از شاخه درختان اسـتفاده شـده و یـا از درخت توسکا و آزاد استفاده میشده است بـه طـور کلـی گونه های مشاهده شده در این داده آماری بشـرح جـدول شماره 1 میباشد.

پس از تحقیق و بررسی بر روی درختان پهـن بـرگ و ســوزنی بــرگ جهــت اســتفاده از آنهــا در ســاختمان جمع بندی زیر حاصل گردید:

1. درختان سوزنی برگ که در ایران بسیار کمتر از گــونه پهن بـرگ است زود رشـد بوده ولـی مقاومت آن نسبت به درختان پهن برگ کمتر میباشد.
2. در بین درختان سوزنی برگ درختی بنام کاج (نوئـل و نراد) وجود دارد که صنعتیترین و مناسبترین درخت از لحاظ محیط زیست میباشد.
3. این درخت بسیار سریع رشد میکند و در کمتـر از 20 سال قطر آن به بیش از 30cm میرسد و دوره بازگشتی حـدود 20 سـال دارد کـه بسـیار مناسـب محـیط زیسـت میباشد.
4. این گونه ذکر شده دارای چگالی حدودkg/cm2   500 -350  بوده که سبک بوده و دارای مقاومت فشاری متوسط حـدود 160-80    kg/m2  میبـاشد کـه نسبت بـه بلوط،شمشـاد و راش مقاومـت نسـبتاً کمتـری اسـت امـا اگـر قطرهای بزرگتری از نراد نسبت به گونه هـای پهـن بـرگ مقــاوم ذکــر شــده اســتفاده گــردد مــثلاً ســتون هــای 30cm×30cm یا 25cm×25cm این ستون هـا بـرای باربری جوابگو بوده و مناسب میباشند.
5. پس از مطالعه بر روی این گونه درختان سـوزنی (نـراد و نوئل) مشاهده شد که چوب این درخـت دارای صـمغ سمی میباشد که در مقابل موریانه و حشرات و کپـک و پوسیدگی مقاوم میباشد و در نتیجـه در دراز مـدت نیـز موریانه یا پوسیدگی آنرا تخریب نمیکند.
6. چوب این درخت در ایران کم مشاهده مـی شـود ولـی فراوانترین و صنعتیترین چوب در دنیا مـیباشـد و لـذا وارد کردن آن با توجه بـه هزینـه نسـبتاً پـایین آن و زود رشد بودن و بازگشت سریع آن به محـیط زیسـت بسـیار مناسب میباشد.

همانطور که مشاهده میشود همگی درختان ذکر شـده از درختان پهن بـرگ بـوده و پـس از بررسـی و مطالعـه جنگل های ایران در مـییـابیم کـه بـیش از 90 %درختـان جنگل های ایـران از درختـان پهـن بـرگ بـوده و حـدود کمتراز 10 %درختان از نوع سوزنی برگ میباشـد حـال آنکه این موضوع در جنگل های کره زمین دقیقاً متفاوت و برعکس میباشد بهعنوان نمونـه جنگـلهـای موجـود در روسیه که حدود 1000 برابر گسـترده تـر از جنگـلهـای ایران است (تایگا) بیش از 95 %درختان سوزنی برگ و از نوع کاج (نوئل و نراد) میباشد.

حال به مقایسه و تجزیه و تحلیـل ایـن دو نـوع گونـه پرداخته و مطلوب ترین و مناسب ترین نوع چوب معرفـی میگردد:

1. درختـان پهـن بـرگ دارای چـوبی بـا مقاومـت بسـیار مناسب و مطلوب میباشد اما این درختان به درختان دیـر رشد معروفند و دوره رشد آنها تا رسیدن به قطر مطلوب، بیش از 70 سال طول میکشد.
2. با توجه به دیر رشد بودن درختان پهن برگ، قطع آنها از لحاظ محیط زیسـت اصـلاً مطلـوب نبـوده زیـرا دوره بازگشت آنها به طبیعت بسیار طولانی میباشد
3. بعضــی از درختــان پهــن بــرگ کــه قــبلاً اســتفاده میشد امروزه نمونه های کمیاب و گران مـیباشـند

مـثلاً درخت شمشاد که قبلاً چوب آن در تیرهـا و سـتونهـای ساختمان کاربرد داشته امـروزه جـزو درختـان محافظـت شده و کمیاب است و یا اسـتفاده از گـردو در سـاختمان امروزه مقرون به صرفه نیست و گران میباشد و یا بلـوط که قبلاً به عنوان سقف و ستون در سـاختمان هـای سـنتی چوبی مشاهده میشد دوره رشد حدود 200 سال دارد که استفاده از آن از لحـاظ محـیط زیسـت بسـیار نـامطلوب است. همچنین چوب درخت زربین که در پیهای زگالی استفاده میشد دارای مقاومت بسیار مناسب و بالایی بوده اما امروزه جزو گونههای نایاب بوده و به شدت محافظت شده میباشد.

 از بررســی و تحلیــل مــوارد ذکــر شــده بــه ایــن جمع بندی میتوان رسید که در تیر و سـتون در و پنجـره به جای استفاده از چوب درختـان پهـن بـرگ کـه دارای مقاومت نسبتاً بیشتری هستند و در ایـران بیشـتر مشـاهده میشوند اما دیر رشد و تعداد زیادی از انواع آن محافظت شده میباشند از درختان سوزنی برگ مانند نـراد کـه زود رشد بوده و صنعتیترند استفاده شود، فقط قطـر آنهـا را باید اندکی بیشتر از قطر درختان پهن برگ در نظر گرفت تا تفاوت مقاومت آنها با افـزایش سـطح مقطـع جبـران شود، در دیوارها و یا جاهایی که نیاز به شاخه و قطعـات کوچکتر دارد مـیتـوان از گونـه درختـی بنـام پرسـیکا استفـاده کرد کـه حـدود 60 %جنـگلهـای ایـران از این درخت پهن برگ پوشانده شده و استفاده از شاخه هـای آن لطمه ای به محیط زیسـت نمـیزنـد و پـس از مـدتی دوباره شاخه ها باز میروید.

4.بررسی دیوارهـای سـنتی و چـوبی موجـود و ارائــه بهترین الگو

پس از بررسی در مناطق جنگلی ایران بـه طـور کلـی 4 نـوع دیـوار از 400 نمونـه سـازه چـوبی در ایـن منـاطق مشاهده شد که عبارتند از دیوارهـای زگمـهای، ورچـین، زگالی (ساده و مورب) و لت پـوش کـه پـس از مطالعـه نتیجه آن در جدول 2 ارائه شده است.

همانطور که مشاهده میشود دیوار زگمـهای و ورچـین دیوارهای سنگینی میباشـد و دیوارهـای زگـالی از بقیـه دیوارها سبکتر است و همچنین بهدلیل اجرای آسان نوع مورب آن بیشترین تعداد ساخت را نیز در جامعه آمـاری مورد نظر در بر میگیرد. البته دیوار لت پوش نیـز سـبک بوده ولی بهدلیل اینکه فقط از تختـه سـاخته شـده اسـت برای آنکه عایق مناسبی شود و دیوار ضخیمی ایجاد کنـد نیاز به استفاده از چوب بیشتری داشته که مقرون به صرفه نبوده و استفاده از چوب زیاد با محـیط زیسـت سـازگار نیست.دیوار زگالی مورب که از چهار طرف با چوب های چهـار تراش به هم کلاف شده و در وسط آن از شاخه درختـان که بهصورت مورب کشیده شده است تشکیل شده که بـر روی این شاخه ها در دو طرف ملات کاهگل قرار دارد

تصویر 1 نمونهای اصلاح شـده و سـبک 70-72   kg/m2  از دیوار فوق را که در کارگاه دانشگاه ساخته شده و از دو طرف شاخه های مورب 45º تقویت شـده را نشـان میدهد. این نمونه ساخته شده که بـار ثقلـی بـر روی آن قرار گرفت و تا 400 کیلوگرم بر متر بار گسترده بر روی آن قرار داده شد و دیوار کاملاً سـالم و بـدون هـیچگونـه تغییر شکلی پایدار ماند. همچنین بررسی چندین نمونه از ساختمانهای سنتی ویـران شـده در زلزلـه رودبـار نشـان میدهـد کـه دیوارهـای زگـالی مـورب بـهدلیـل وجـود شاخه های45º در درون دیوار، دیوارها عملکرد یکپارچـه تری نسبت به انواع دیگر خود نشان داده است.

پس بهترین الگوی دیوار چوبی دیوار زگمـهای مـورب تقویت شده است کـه عـلاوه بـر سـبکی دارای خـواص مقاومت بالا، یکپـارچگی، اسـتفاده از کاهگـل بـه همـراه چوب و صـرفه جـویی در مصرف چـوب همچنیـن عایق مناسب گرما و صوت میباشد و کاه گل نیز ماننـد چـوب دارای مقاومت حرارتی و صوتی بالایی میباشد. چهارچوب آن را میتوان از چوب کاج نوئل وارداتـی و ارزان اسـتفاده کرد و در داخل آن برای اعضای مـورب از شـاخه درختـان پرسیکا که قبلاً ذکر شد میتوان استفاده نمود.

5.بهترین الگوی پی ساختمان

بطور کلی 6 نوع پـی سـنتی در نـواحی شـمالی ایـران مشاهده میشود که عبارتند از پی سگتی، سگتی قطـور، سنگی، زگالی ساده، چینهای و شفته آهکی که پی سـگتی و سگتی قطور عملکرد مناسبی در برابر زلزلـه رودبـار از خود نشان ندادند. زیرا پس از بررسی 18 ساختمان تخریـب شـده در زلزلـه رودبار مشاهد شـد کـه بـیش از 15 مـورد آنهـا از نـوع پیهای سگتی و سگتی قطور بود. 3 مورد آن پـی سـنگی است. پیهای سگتی را به صورت نقطهای به زمین منتقـل میکنند. همچنین پیهای شفته آهکی و چینـهای در زیـر زمین بوده و در واقع بستر زمین را مساعد برای بارگذاری مینمایند اما پیهای زگالی سـاده کـه بـار را بـه  صـورت مناسب به زمین انتقال میدهد بهدلیل پخش یکنواخت بار در سطح گسترده تر و بعد انتقال آن بـه زمـین ماننـد یـک فونداسیون عمل مینماید و اثر پانچ را تـا حـد زیـادی از بین میبرد. (تصویر شماره 2 )

6.مدل سازی

پس از مشخص شدن نـوع پـی و دیـوار بایـد از سـقف سبک حلبی که با چوب و مواد عایق پشـم شیشـه احاطـه شده برای سقف استفاده کرد زیرا سقف های گـالی پـوش، لت پوش و سفالی هر کدام دارای مشکلاتی میباشـد مـثلاً سقف سفالی که از سفال ساخته شده سقف سـنگینی بـوده و در زلزله عملکرد مناسبی ندارد و سـقف گـالی پـوش و لت پوش نیاز به ترمیم و بازسازی دورهای دارد ولی سقف حلبی با زیرسازی چوبی که بین قطعات چوبی عایق پشـم شیشه قرار دارد هم سبک است (یک متر مربـع آن حـدود 40kg است) و هم عایق خوب گرمایی میباشد. نتیجه اینکه الگوی فوق ساختمانی اسـت کـه بـر روی پیهای زگالی ساده قرار دارد و تیر و ستون ها چوبی بـوده و همچنین دیوار زگالی مورب و سقف حلبی عایقبنـدی دارد.

از آنجا که در روستاها و شـهرهای کوچـک درآمـد افراد نسبتاً کمتر بوده و درک اجرای خانه هـای چـوبی بـا فرهنگ آنها نزدیکتر از شـهرهای بـزرگ مـیباشـد لـذا الگویی کوچک، دو طبقه، سبک، ضد زلزله و ارزان مـدل سازی شده و ارائه میگردد که برای طبقات و متراژ بیشتر نیز روند محاسبات به همین نوع میباشد

دین منظور برای اجرای یک خانه دو طبقه140   m2 نحوه اجرای کامل قطعات بهصورت تصویر 2 آمده است

همانطور که در تصویر مشخص است مساحت فوق دارای 15 بستر پیسازی به ابعاد 1m × 1m میباشد که 9 عدد پی درست زیر ستون های اصلی بوده و 6 عدد دیگر در زیر کمرکشها برای کمک به جلوگیری از کمانش تیر گذاشته شده است. در مورد آن ذکر نکات زیر ضروری میباشد.

• زیر هر پی چوبی حتمـاً بایـد 1m خـاکبرداری شـده و مجدداً با آهک و قلوه، سنگ و خاکستـر پی شفته آهگـی کوبیده شده احداث گـردد یعنـی زمـین زیـر پـی کـاملاً کوبیده شود.
• 5 عدد پی چوبی که هر پی شامل 10 عـدد چـوب 4 .میشود مشاهده 20 cm × 20 cm × 100 cm تراش – روی این پیها 6 عدد کمرکش به قطـر 30 × 30 و بـه طول 10m و بهصورت دوبل مشاهده میشود.
• 5 عدد پی چوبی که هر پی شامل 10 عـدد چـوب 4 .میشود مشاهده 20 cm × 20 cm × 100 cm تراش – روی این پیها 6 عدد کمرکش به قطـر 30 × 30 و بـه طول 10m و بهصورت دوبل مشاهده میشود.
• روی کمـرکشهای دوبل 11 عدد تیـر cm 25 × cm 25 به طول 7m مشاهده شده و همچنین ستون هـایی بـه ابعـاد 30×30 به طول 3 متر بر روی صفحه بـه ابعـاد 50×50 کـه داخل صفحه حدود cm 2 خالی شده است تا ستون در بالا و پایین خوب در داخل صفحه قرار گیرد، مشاهده میشود.
• در طبقه 2 تیر عیناً طبقه اول کمرکش هـا و 11 عـدد تیر و 9 عدد ستون مانند طبقه 1 مشاهده میشود.
• پس از تیر و ستونگذاری دیوارهای زگالی مـورب و الگو شده و به دنبال آن پلهها قرار میگیرد.
• در انتها سقف سـبک چـوبی کـه بـر روی آن عـایق حرارتی و در انتهای حلب قرار دارد، مشاهده میشود.

7.تعیین بار ثقلی و بار جانبی و محاسـبه نیـروی برشـی زلزله

دیدیم وزن دیوار الگـوی مـورد نظـر حـداکثر 80kg و  چگــالی چــوب نــراد  80  = kg/m3    ρ    و وزن ســقف به همراه زیرسازی چوبی حدود 40Kg محاسبه شد و بـا توجـه بـه اینکـه تیرهـا روی فونداسـیون قـرار دارنـد و ستون ها نیز بر روی تیر قرار داده میشود. اتصال ستون به طبقات را بصورت تکیه گاههای مفصلی فرض کرده و از اثر اصطکاکی چـوب صـرفنظـر شـده اسـت.

همچنـین ســاختمان از فونداســیون بــه بــالا مــدل شــده یعنــی از ستون های طبقه همکف به بالا بارگذاری انجام شده است و لازم بهذکر است که الوار و تخته های تکیه گاه ها با نـرم افزار Etabs و یا نرم افزارهـای مشـابه دیگـر مـدل قابـل قبولی نشده ولی نگارنده بارهای ثقلی و زلزلـه بـهدسـت آمده در تحلیل فوق را در نرم افزار Ansys بـرای پـیهـا مجدداً مدل سازی نموده و آنرا مورد بررسی قرار داده و به جوابهای قابل قبولی رسیده که به دلیـل حجـم زیـاد و بحث خاص پیسازی و نحوه قرار گرفتن چهار تـراش از پرداختن به آن صرفنظر میشود.

بار سطحی سقف طبقه اول

بار خطی دیوار کاهگلی

(80 kg/m2) * (دیـوار مربع متر یک جرم 0.7)*( 2.8 جرم کمر کش در هر متر مربع بابازشو) =160   kg/m

به تصویر 3 دقـت شـود کـه مقطعـی از سـطح مقطـع ساختمان فوق بوده که سطح مقطع کل را M1 فرض کرده که 70  m2 است و دیوارها را به ترتیـب M2 و M3 و M4  و M5 در هر دو طبقه نامگذاری شدهاند. بهدلیل متفـاوت بودن جرم طبقات اول و دوم مرکز جرم هر طبقه جداگانه و در هر دو راستای x و y محاسبه شده است و بـرای آن از رابطه زیر استفاده شده است.

  با استفاده از روابط فوق میتوان مرکز جرم هر طبقـه را جداگانه حساب نمود (جدول شماره 3 و ادامه آن ). البته جرم کل دو طبقه بهصورت زیر محاسبه میشود. چون مرکز جرم دو طبقه بر روی هم قـرار مـیگیـرد و بادبندها متقارن طراحی شده اثر پیچش از بین میرود.   wt = 11.7 t+ 10.2t = 21.9 t

لازم به ذکـر اسـت کـه بادبنـدها در ده مـدل مختلـف بررسی شده و بادبندی که جواب قابل قبول داد، بررسـی شده است. سپس با استفاده از رابطه زیر میزان نیروهـای جـانبی و برشی بدست میآید.

که نحوه محاسبه آن در جدول 4 آمده است:

  

 

که میزان نیروی جانبی طبقه بـالا TON 2.51 چـون در هر دو راستای x و y و بادبند ایجاد شده و در هـر راسـتا دو دهنه بادبند وجود دارد بهدلیل وجود دو دهانه در هـر دو راستای x و y ، مقدار بارجانبی نصف میشـود یعنـی به هر دهانه بادبند دار TON2.51 میرسد و عیناً نیـروی برشی 1.44 تن نیز به دو دهانه تقسیم میشود زیرا در هر دو راســتای x و y ، دو دهانــه بادبنــددار ایجــاد شــده است.(تصویر شماره 4)

 حال این نیروهای برشی و ثقلی بهدست آمده را بر روی سازه در نرم افزار Etabs مدل کرده و بادهـای وارد بـر آن ناشی از فشاری و کششی و … محاسـبه شـده و نتـایج آن ارائه میشود (تصویر شـماره 5 )لازم بـهذکـر اسـت کـه چوب ذکر شده از نوع درختان سوزنی بوده و داریم:

که پس از بررسی جوابها 10 حالت بارگذاری را بـرای آن در نظر میگیریم.

پس از بررسی کلیه ستون ها، ستون وسـط در طبقـه اول بیشترین بار مرده و زنده را تحمل نموده و بحرانـیتـرین حالت را ایجاد میکند و Mx و My آن صـفر اسـت کـه برای آن بحرانیترین رابطه از ده رابطه عبارتست از :

که وزن اسکلت ستون نیز به آن اضافه میشود:

که بسیار کوچکتر از 15/0 میباشـد کـه تـک رابطـه را شامل میشود ولی از آنجا که Mx و My آن صفر است و تنش موجود بسیار کمتر از تنش مجاز چوب اسـت پـس ستون ها از لحاظ ممان و نیروی فشاری قابل قبول هستند.

اما بر روی ستون ها در برش بیشـترین تـنش برشـی در ستون C3 طبقه دوم اتفاق افتاده است و داریم :

و در مورد بیشـترین Mx و My بـاز هـم در سـتون 3 بیشترین مقدار اتفاق افتاده است که داریم :

و نیروی محوری آنها صفر است پس فقط داریم:

  همانطوری که مشاهده میشود صورت کسـر از مخـرج بسیار کوچکتر شده و مخرج نیز که از 3 بالاتر است  قابل قبول میباشد. امـا در مـورد تیرهـا بحرانـیتـرین حالـت را در نظـر میگیریم که همان تیر وسط 11 متری میباشد که Mx آن بحرانیترین حالت را دارد.

همانطور که مشاهده میشود ایـن تیرهـا در خمـش هنوز فاصله زیادی با تنش خمشی مجاز چـوب دارد کـه این امر بیانگر این است که در ساختمان بار مناسب پخش شده است. هچنین تیر فوق بهدلیل نیـروی برشـی بسـیار کمتـر از سـتون 3 و بـا توجـه بـه اینکـه مسـاحت ایـن کمرکشی حدود 30×30 است پـس در برابـر برشـی نیـز قابل قبول میباشد و حتی میتوان تعداد طبقات دیگـر را نیز برای آن بررسی نمود زیرا تنشهـای موجـود فاصـله زیادی تا تنش مجاز چوب دارند.

8.نتیجه

استفاده از ساختمانهای چوبی که از حدود 40 سال قبل در کشورهای پیشرفته آغاز شده است دارای مزایای بسیاری است که الگویی اصلاح شده با توجه به شرایط فرهنگی و اجتماعی کشورمان ارائه شد که هم از لحاظ زلزله مقاوم بوده و هم از لحاظ اجرایی بسیار آسان و سریع اجرا میشود. این مدل دارای پی زگالی (غلتکی) مقاوم بوده که بار را به خوبی بر روی زمین پخش میکند. همچنین دیوارهای آن از نوع زگالی “مورب تقویت شده” است که در هنگام زلزله یکپارچه عمل کرده و همین امر سبب تکه تکه شدن دیوار در هنگام زلزله می شود همچنین دیوارهای غیر سازهای اما متقارن و سنگین میتواند باعث ایجاد پیچش در ساختمان شود که این امر در دیوار سبک فوق منتفی میباشد و همچنین اثر میانقابها دیوار در زلزله بهدلیل انعطاف پذیری و سبکی آن حذف میگردد. استفاده از بادبندها و ستون ها بههمراه کف ستون ها سبب پخش مناسب بار در ساختمان و انتقال آن به پیها، غلتکی میشود و در نهایت اینکه الگوی ساختمانی چوبی فوق علاوه بر همه خصوصیات سازهای فوق، ارزان و عایق مناسب صوتی و حرارتی نیز میباشد و در صورت استفاده از چوب های درختان زود رشد کاج (نراد، نوئل) در تیر و ستون از دیدگاه محیط زیست نیز ایده آل و مناسب میباشد و همچنین میتوان از ترکیب چوب های کاج بصورت مقاطع ترکیبی با فشار و با توجه به جهت تقویت آنها و افزایش مقاومت فشاری آنها را بارگذاری کرده و برای ساخت ساختمانهای چند طبقه استفاده نمود.

 

 

سوالات متداول

علت جذاب بودن سازه چوبی؟

سازه چوبی بعلت سازگاری با روح انسان و طبیعی بودن آن و خلق سازه های زیبا از منظر معماری و همچنین شکل پذیری بالا از نظر سازه ای کمترین میزان خسارت و آسیب را در زلزله های پیش آمده داشته است.

ویژگی های چوب در طراحی سازه؟

سبکی فوق العاده چوب نسبت به بتن و فولاد ، نسـبت مقاومـت بـه جـرم حجمی بالا، مقاومــت حرارتــی بســیار مناســب ، شـکل پـذیری و ایجـاد اتصـالات مناسب و اجرای سریع نسبت به بتن و فولاد و همچنـین هزینه بسیار پـایین احـداث ایـن سـاختمان هـا در مقابـل ساختمانهای فلزی و بتنی

اثر زلزله بر سازه های چوبی؟

از آنجا که میزان تخریب زلزله تابعی از جـرم و وزن ساختمان است و چوب دارای چگالی کمی نسبت به بتن و فولاد میباشد. پس ساختمانهای چوبی بسیار سبکتـر از ساختمانهای بتن و فـولادی شـده و نیـروی برشـی و افقـــی کمتـــری ناشـــی از زلزلـــه در آنهـــا ایجـــاد میشود پـس اثــر زلــزله در ایـن سـاختمان هـا کـاهش مییابد.همچنین شکل پذیری بالای آن سبب استهلاک بیشتر نیروی زلزله می شود.