ساختمان هاي بلند مرتبه، نتیجه افزایش جمعیت، گسترش شهرها و توسعه شهرنشینی است. گرچه ساخت ساختمان هاي بلند مرتبه با اهداف، مقاصد و عملکردهاي گوناگون، داراي سابقه اي دیرین در تمدن هاي بشري است، اما احداث بناهاي بلند مرتبه با شیوه امروزي ابتدا در شهرهاي بزرگ (امریکا و اروپا) آغاز گردید و پس از گذشت چند دهه در کشورهاي در حال توسعه نیز متداول شد. امروزه به دنبال رشد جمعیت، افزایش قیمت زمین و مسائل زیست محیطی، بلند مرتبه مرتبه سازي براي احتراز از گسترش افقی و تحقق توسعه عمودي شهرها، به عنوان یک راه حل، در اغلب شهرهاي بزرگ رو به رشد، مورد نظر معماران و شهرسازان می باشد.
در ایران نیز از حدود نیم قرن قبل، ساخت بناهاي بلند مرتبه با شیوه امروزي آغاز شد و اولین ساختمان هاي بلند مرتبه در تهران بین سالهاي 1330 -1340 ساخته شد. اجراي ساختمان بلند مرتبه در ایران در ابتدا حاصل ضرورت هاي عملکردي، اجتماعی و یا ناشی از توسعه شهري نبود و این امر بیش از همه به تقلید از اتفاقات شهرهاي بزرگ جهان صورت گرفت، اما امروزه طراحی و اجراي ساختمان هاي بلند مرتبه به دلیل توسعه شهر ها و بروز نیاز هاي ناشی از وجود عملکرد هاي جدید و نیز محدودیت زمین در مراکز پرجمعیت شهري، یک ضرورت محسوب می شود.[1] تردیدي وجود ندارد که امروزه حضور ساختمان هاي بلند مرتبه در فضاهاي شهري، در کنار مزایا و محسناتی که در زمینه حل مسائلی از جمله مشکل کمبود زمین در بافت هاي متراکم شهري دارند، مسائل و مشکلاتی نیز به همراه دارند که این مشکلات معمولا به دلیل عدم طراحی صحیح یا اجراي مناسب این گونه ساختمان ها بوجود می آیند. لذا لزوم ارائه راه کارهایی در جهت طراحی استاندارد و بهینه ساختمان هاي بلند مرتبه بیش از پیش احساس می شود.
ساختمان های بلند مرتبه به چه بنا هایی گفته می شود؟
به ساختمان های بسیار بلند که طبقات آن هر یک پس از دیگری قابل اقامت باشند آسمان خراش یا ساختمان های بلند مرتبه می گویند. در فارسی در دهه اخیر واژه برج نیز برای اشاره به این مفهوم کاربرد یافته است.
هرچند برای تعریف آسمان خراش استانداردی رسمی در دست نیست اما بلندای دست کم ۱۵۰ متر به عنوان معیار تعریف آسمان خراش‌ها بکار می‌رود.
این واژه نخستین بار در اواخر سده نوزدهم برای ساختمان‌های بلند شهر نیویورک آمریکا بکار رفت. بعدها تاریخ نگاران معماری از کاربرد این واژه برای ساختمان‌های بلند آجری خودداری کرده و آن را تنها در موردساختمان های بلند مرتبه با اسکلت فولادی بکار بردند.
ساختمان های بلند مرتبه چیست؟
به ساختمان یا سازه‌ی مرتفع، بلندمرتبه (Hi-Rise) گفته می شود. به طور معمول واژه بلندمرتبه با واژه ای دیگر مانند مسکونی یا اداری همراه است. بلندمرتبه ساختن به لطف اختراع آسانسور و مصالح ساختمانی ارزان قیمت امکان یافته است.
بتن مسلح و فولاد مصالحی هستند که برای ساختار ساختمان های بلند مرتبه استفاده می شود. سازه ی بیشتر آسمان خراش های از فولاد است، نیز سازه ی بیشتر برج های مسکونی فولادیست.
طراحی ویژه ی ساختمان های بلند مرتبه ، چالش هایی برای مهندسین سازه و ژئوتکنیک در بر دارد، خصوصاً زمانی که در منطقۀ زلزله خیز واقع شده باشد یا روی خاکی که دارای پارامترهای خطرآفرین ژئوتکنیکی، مانند تراکم پذیری بالا یا لایۀ گلی باشد، قرار گرفته باشد.
بسیاری از مهندسان ساختمان ها، ناظرین، معماران و صاحبان حرفه های مرتبط با ساختمان، ساختمانی را که حداقل 75 فوت (23 متر) ارتفاع داشته باشد، ساختمان بلند مرتبه در نظر می گیرند.
سیستم های اسکلت فلزی ساختمان های بلند مرتبه
انتخاب یک سیستم سازه‌ای اسکلت فلزی بلند مرتبه مناسب برای ساختمان های بلند مرتبه باید الزامات سختی و مقاومت را تامین نماید. سیستم سازه‌ای باید برای مقاومت جانبی و بار ثقلی که سبب تغییر مکان برشی افقی و تغییر شکل واژگونی میشود طراحی شده و کافی باشد.
سیستم های سازه ای ساختمان های بلند نیز می توانند به دو دسته گسترده تقسیم شوند:
1. سازه با هسته مرکزی
2. سازه خارجی ( سازه های معمول)
این طبقه‌بندی براساس توزیع اجزای تشکیل شده است
اسکلت فلزی بلند مرتبه با هسته مرکزی
اسکلت فلزی قاب خمشی بلند مرتبه
یک قاب خمشی در مهندسی سازه، اسکلت قاب باربری که با اعضای مستقیم یا منحنی ترکیب شده با اتصالات عمدتا سفت و سخت است که مقاومت در برابر حرکات ایجاد شده در اتصالات اعضا است. اعضای آن می توانند لنگر خمشی، برش و بارهای محوری را اتحمل کنند.
شامل ستون ها و تیرها با اتصالات مقاوم در برابر خمش ترکیب شده اند. و تا20 تا 25 طبقه ساخت قابل استفاده هستند.
سازه های دیوار برشی اسکلت فلزی بلند مرتبه
دیوارهای عمودی بتن یا فولادی می توانند در هر دو پارتیشن های معماری به کار برده شوند و از لحاظ ساختاری برای حمل بار و گرانشی استفاده می شوند. سختی ومقاومت بسیار زیاد در صفحه، آنها را به طور ایده آل برای ساختن ساختمان بلند مناسب می کند
سازه ها با هسته مرکزی معمولا از دیوار برشی به عنوان هسته مرکزی سازه استفاده میکنند.
اسکلت فلزی بلند مرتبه با کمربندهای خرپایی
هسته ممکن است در مرکز قرار داشته باشد، کمربند خرپایی از هر دو طرف گسترش می یابد یا در برخی موارد ممکن است در یک طرف ساختمان قرار بگیرد و پایه های آن به ستون های ساختمان در طرف دیگر وصل شود. کمربند خرپایی معمولا به شکل سازه های فولادی (1 یا 2 طبقه عمیق) در سازه های فولادی یا دیوارهای ساختمانی بتنی عمل میکنند که به طور موثری به عنوان سخت کننده ایجاد می شود که باعث ایجاد یک کوپل فشار کشش در ستون های بیرونی میشود.
کمربند خرپایی برای توزیع این نیروهای کششی و فشاری به تعداد زیادی ستون فریم بیرونی ارائه میشود و ساخت تا 150 طبقه ممکن است.
سازه های بلند با هسته خارجی
اسکلت فلزی بلند مرتبه با سیستم لوله‌ای
مفهوم سیستم لوله ای بر اساس این ایده است که ساختمان را می توان برای مقاومت در برابر بارهای جانبی با طراحی آن به عنوان یک لوله توخالی عمود بر زمین است انجام داد. در ساده ترین تجسم لوله، محوطه بیرونی شامل ستون هایی نزدیک است که همراه با تیرهای عمیق از طریق اتصالات خمشی متصل می‌شوند. این مجموعه ستون‌ها و تیرها یک قاب سفت و سخت است که به دیوار سازه متراکم و قوی در خارج از ساختمان تبدیل می شود.
سیستم های لوله های مختلف عبارتند از: 1) لوله قاب 2) لوله مهاربند 3) لوله های دسته‌ای 4) لوله در لوله
سیستم های قطری خارجی اسکلت فلزی بلند مرتبه
با بهره وری سازه‌ای آنها به عنوان یک نسخه متنوع از سیستم های لوله، ساختار قطری به عنوان یک روند زیبایی شناختی جدید برای ساختمان های بلند در این دوره از سبک های پلورالیستی ظهور کرده است. طرح های اولیه ساختمان های بلند اثربخشی اعضای مورب را در مقاومت در برابر نیروهای جانبی نشان داد.
بیشتر سیستم های ساختمانی مستقر در ساختمان ها ، قاب های فولادی با بند های مورب مختلف از قبیل X، K و Chevron بود. با این حال، در حالی که اهمیت سازه‌ای قطرها به خوبی شناخته شده است، پتانسیل زیبایی شناختی آنها در نظر گرفته شده است زیرا آنها برای مشاهده در خارج در نظر گرفته می شوند.
نیروی محوری در اعضای قطری موثر در برش جانبی است اما دارای اتصالات پیچیده است
خرپا فضایی یا قاب فضاکار
خرپا با سازه ای گفته میشه که اعضای آن صرفا تحت نیروی محوری قرار داشته باشد و خرپای فضایی ( سازه فضا کار ) به سازه ای گفته میشه که اعضای ان در ۳ محور xyz گسترش داشته باشند و نیرو های ان فقط بصورت محوری به اعضا اعمال شده باشند
در خرپای فضایی عمدتا از پروفیل لوله استفاده میگردد و در محل گره ها ( محل اتصال اعضا بهم ) از گوی های مخصوص سازه فلزی استفاده میگردد
سازه خرپای فلزی به چند صورت ساده چند لایه ، چیلیک و گنبدی شکل ساخته میشود که در حالت گنبدی شکل تا دهانه ۳۱۰ متر( فاصله ستون به ستون ) در استادیوم ملی سنگاپور مورد استفاده قرار گرفته است.
