11404  

طراحی سازه چوبی

یکی از تخصص های تیم سازه مهندسین مشاور دکتر سرور و همکاران طراحی سازه چوبی می باشد که نمونه آن را می توان در طراحی سازه ویلای چوبی مهندس شیخ الاسلامی مشاهده کرد. طراحی و ساخت کلبه های چوبی قطعا یکی از خاص ترین انواع ویلاها می باشند. شبیه ترین و نزدیک ترین سازه به سازه های چوبی از نظر ساختار سازه های lsf می باشند. طراحی سازه های چوبی از نظر سیستم های باربر ثقلی و جانبی مشابه با طراحی سازه lsf می باشد. از نظر بحث طراحی سازه تفاوت زیادی بین طراحی سازه های چوبی و طراحی سازه فولادی و یا طراحی سازه بتنی نمی باشد. سیستم باربری ثقلی سازه های چوبی از پانل هایی تشکیل شده اند که به صورت المان های عمودی و افقی متراکم می باشند. با توجه به تراکم بالای المان های عمودی معمولا این سازه ها از نظر باربری ثقلی مشکلی ندارند. سیستم باربر جانبی سازه های چوبی می تواند به صورت مهاربندی و یا دیوار برشی اجرا شود. در کشور ما معمولا سیستم سازه ها به صورت مهاربندی می باشد و علت آن اجرا ساده تر مهاربند ها و همچنین قیمت بالای تخته هایی می باشند که به عنوان دیوار برشی مورد استفاده قرار می گیرند. بحث مهم در کنترل و طراحی سازه های چوبی پدیده ارتعاش و لرزش تیرهای فرعی سقف می باشند. چرا که مدول الاستیسته چوب های مصرفی معمولا پایین بوده و در بحث تغییر شکل باید توجه ویژه ای به آن شود. روابط مقاومت مصالح در طراحی المان های چوبی نیز بر قرار می باشد و فقط با توجه به غیرهمگن بودن مصالح چوبی تنش های مجاز سازه های چوبی در یک سری ضرایب اصلاحی باید ضرب شوند که این ضرایب می تواند اثر کاهنده و یا افزاینده داشته باشد.


ابعاد فونداسیون سازه های چوبی با توجه به سبک بودن این نوع سازه ها معمولا ابعاد کوچکی می باشد. همچنین به علت سبک بودن این سازه ها اغلب بار باد به نسبت بار زلزله در طراحی غالب بوده و این سازه ها معمولا برای نیروی جانبی باد طراحی می شوند. مهاربندهایی که در این نوع سازه ها به کار می روند با توجه به هندسه پانل ها اغلب مهاربند های K شکل می باشند. با توجه به اجرای ساده مهاربند در سازه های چوبی به منظور کاهش نیروی آپلیفت پای هر مهاربند و کنترل جابجایی طبقه توصیه می شود دهانه ها تا حدودی بیشتر از حد نیاز مهاربندی شوند چرا که از نظر بحث هزینه نیز مبلغ قابل توجهی را شامل نمی شود.


سیستم نازک کاری دیوارهای سازه های چوبی از طرف خارج یا قسمت نما معمولا لمبه کوبی می شوند. از سمت داخل اگر سیستم باربر جانبی به صورت دیوار برشی باشد حتما باید از تخته که اصطلاحا به آن تخته سه لا می گویند استفاده شود. در صورت استفاده از سیستم مهاربندی به عنوان سیستم باربر جانبی می توان سمت داخل زا نیز لمبه کوبی نمود.







با توجه به جنس مصالح چوب عملا اتصالی تحت عنوان اتصال گیردار را نمی توان تامین کرد و کلیه اتصالات در سازه های چوبی به صورت مفصلی می باشند. در پای ستون ها معمولا برای جلوگیری از لغزش و جابجایی پانل ها اتصال به کمک نبشی های فولادی و یا تسمه های فولادی انجام می گیرد. نکته بسیار مهم در طراحی سیسستم باربر جانبی این سازه موضوع آپلیفت می باشد که با توجه به سبک بودن این سازه ها باید حتما کنترل گردد. جزییات اتصال برای مقابله با نیروی آپلیفت معمولا با استفاده از انکر بولت در پای مهاربندها به کار می رود که بتواند در برابر نیروی کششی به وجود آمده مقاومت کافی را داشته باشد.






با توجه به عدم حضور بتن در سازه های متعارف چوبی در کف طبقات شاید در نگاه اول دیافراگم افقی را نتوان صلب در نظر گرفت. اما معمولا باتوجه به نیروهای کم به نسبت سازه های متعارفی که در برابر زلزله طراحی می شوند و کنترل جابجایی طبقات بتوان دیافراگم را صلب در نظر گرفت. اگر دیافراگم صلب باشد باید بحث پیچش اتفاقی و پیچش ناشی از فاصله میان مرکز سختی و مرکز جرم طبقات را در نظر گرفت.





در نمونه کارهای خارجی اتصالات سازه های چوبی معمولا با المان های فولادی اجرا می شوند. یکی از نکات مهم در کنترل های المان های فولادی کنترل تنش لهیدگی یا تنش تکیه گاهی می باشد. به عبارتی دیگر تیرها باید مقاومت کافی را برای فشار عمود بر الیاف در برابر واکنش های تکیه گاهی داشته باشند.



اعضای سازه های چوبی در کنترل تغییر شکل ها مشابه با سازه های بتن آرمه می باشند. یعنی علاوه بر خیز آنی دچار تغییر شکل های دراز مدت می شوند. البته چون بار غالب در طراحی سیستم باربر ثقلی بار زنده می باشند در کنترل تغییر شکل های دراز مدت حدودا 20 درصد بار زنده را می توان در نظر گرفت.


در سازه های اجرا شده فعلی که مشکل ارتعاش دارند یکی از راه های مناسب برای تقویت تیرهای فرعی استفاده از تسمه های فولادی می باشد. چرا که مدول الاستیسیته ی فولاد حدود 40 برابر مدول الاستیسیته چوب می باشد و به شکل قابل توجهی در کنترل تغییر شکل ها و ارتعاش تاثیر مثبت دارند.


از مزایای سازه چوبی که آن را از سازه های معمول بتنی و فولادی متمایز می کند سرعت بالای اجرا آن می باشد. روش اجرای سازه های چوبی مشابه با سازه LSF می باشد. به این صورت که نقشه اجرایی پانل های تهیه شده و پانل ها به صورت پیش ساخته در محل کارکاه مونتاژ می شوند. عمده وسیله اتصال در سازه های چوبی میخ می باشد. اما برای اتصال پانل ها به به یکدیگر معمولا از پیچ های با طول بلند استفاده می شود. در بعضی از سازه ها بسته به طرح های معماری ممکن است ستون های بلندی وجود داشته باشد که برای جلوگیری از کمانش ستون مجبور به استفاده از ستون مرکب شویم. نکته بسیار مهم در طراحی المان های مرکب کنترل جریان برش و قطعات اتصال به منظور رسیدن به حداکثر ظرفیت مقطع می باشد.


سازه های چوبی در عین مزایای یاد شده یک عیب بزرگ دارند و آن مشکل آتش سوزی می باشد. در بسیاری از آیین نامه ها، طراحی سازه های چوبی در برابر آتش صرفا به جهت کندسوز شدن می باشد و بسیاری از اتش سوزی ها منجر به از بین رفتن کل سازه می شود. البته در سیستمی پیشرفته در قسمت های مختلف سازه از یک سری هوابندهایی استفاده شده که باعث جلوگیری آتش و سرایت آن به قسمت های مختلف سازه می شود.