تأثیر هندسۀ پلان و فرم معماری پیچشی بر آسیب اجزای غیرسازه‌ای ساختمان‌های بلند در برابر زلزله

نوع مقاله : پژوهشی کاربردی

نویسندگان

1 پژوهشگر دورۀ دکتری معماری، دانشکدۀ هنر و معماری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد گروه معماری، دانشکدۀ هنر و معماری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

10.22059/jhsci.2022.341229.722

چکیده

براساس نقشۀ پهنه‌بندی خطر زلزلۀ جهانی، کشور ایران روی گسترۀ لرزه‌ای با خطر بسیار زیاد قرار گرفته است. از این‌رو موضوع پیش‌بینی خطر زلزله و در نظر گرفتن راهکارهای کاهش آسیب‌پذیری ساختمان‌ها در برابر آن، از اولویت‌های طراحان سازندگان و آیین‌نامه‌های موجود در این حوزه است. ساختمان‌های بلند از یک‌سو از نیازهای اساسی در پاسخ به توسعۀ شهرهای بزرگ ایران و رشد جمعیت آنها و از سوی دیگر دارای حجم زیادی از اجزای غیرسازه‌ای شامل تجهیزات، تأسیسات و اجزای معماری هستند. هر گونه آسیب به این اجزا در زمان وقوع زلزله، اعم از ناپایداری، فروریزش یا حتی خارج شدن از خدمات‌رسانی ممکن است نیاز به مدیریت بحران و خدمت‌رسانی فوق‌العاده را به شهر تحمیل کند. از سوی دیگر ساختمان‌های بلند به‌دلیل ارتفاع و مقیاس از بناهای شاخص و اثرگذار بر سیما و منظر شهرند و به همین دلیل طراحان تمایل دارند در طراحی این ساختمان‌ها از فرم‌های پیچیده و زیبا از دیدگاه هندسی و هنری استفاده کنند. این مقاله به بررسی اثر فرم پیچشی به‌منزلۀ یکی از فرم‌های پیچیدۀ رایج در ساخت ساختمان‌های بلند بر دریفت و جابه‌جایی جانبی به‌عنوان شاخص‌های سنجش آسیب‌پذیری اجزای غیرسازه‌ای و وزن واحد مساحت سازه به‌عنوان شاخص طراحی بهینۀ سازه‌ای ساختمان‌های بلند می‌پردازد. برای این منظور فرم‌های پیچشی با پلان‌های هندسی منتظم شامل مثلث، مربع، شش‌ضلعی و دایره هر یک با درجات پیچش نسبی طبقات از صفر تا 3 درجه و با ارتفاع‌های 160، 180 و 200 متر بررسی شده‌اند. این پژوهش از نوع کمّی است و با کمک شبیه‌سازی و مدل‌سازی با استفاده از نرم‌افزار معماری راینو و افزونۀ شبیه‌ساز تحلیل المان محدود کارامبا انجام‌ گرفته است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که پیچش طبقات در فرم‌ها با پلان مثلث و مربع هم موجب افزایش مقادیر شاخص‌های دریفت و جابه‌جایی جانبی و هم افزایش وزن واحد مساحت سازه می‌شود و شدت این افزایش با ازدیاد ارتفاع ساختمان فزونی می‌یابد. در مقابل پیچش طبقات ساختمان بر فرم‌های با پلان‌های دایره‌ای و شش‌ضلعی، اثر بسیار کم و حتی ناچیزی دارد و هیچ یک از شاخص‌های بررسی‌شده دچار افزایش چندانی نمی‌شود.

کلیدواژه‌ها


  • ابوالوردی (جاویدان‌نیا)، غزل. (1389). طراحی الگوی مسکن پایدار لرزه‌ای در بافت کهن تهران، پایان‌نامۀ ارشد به راهنمایی دکتر محمدجواد مهدوی‌نژاد. تهران: دانشگاه تربیت مدرس.
  • اردکانی؛ امیررضا؛ گلابچی، محمود؛ حسینی، سیدمحمود؛ و علاقه‌مندان، متین (1396). «بررسی تأثیر فرم معماری ساختمان‌های بلند بر پایداری سازه‌ای آنها با هدف کاهش مخاطرات زلزله (نمونۀ موردی: تأثیر پارامتر شکل پلان)»، مدیریت مخاطرات محیطی، دورۀ 4، شمارۀ 1، ص 42-27.
  • پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی. (12/5/2020)، لرزه‌خیزی ایران. بازیابی در 9/3/1400، از http://www.iiees.ac.ir/fa/2012-09-24-08-01-17/
  • پیری‌زاده؛ محبوبه؛ و شکیب؛ حمزه (1394). «الزامات بلندمرتبه‌سازی و میان‌مرتبه‌سازی از منظر مدیریت کاهش خطرپذیری لرزه‌ای»، هفتمین کنفرانس بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، ص 10-1.
  • چارلسون، اندرو (1390). طراحی لرزه‌ای برای معماران، ترجمۀ محمود گلابچی، تهران: انتشارات دانشگاه تهران.
  • شورای عالی شهرسازی و معماری ایران. (1398). ضوابط عام بلندمرتبه‌سازی. بازیابی در 13/6/1401، از https://rc.majlis.ir/fa/law/show/1251426
  • کاظمی سنگدهی، سید پویان؛ افغانی خوراسکانی، رهام؛ و تحمیلدوست، محمد (1399). «بررسی تأثیر هندسۀ پلان ساختمان‌های بلند با سازۀ دایاگرید بر رفتار سازه‌ای آنها در برابر بار جانبی زلزله»، صفه، دورۀ 30، شمارۀ 1، ص 58-43.
  • گلابچی، محمود (1391). مبانی طراحی ساختمان‌های بلند، تهران: انتشارات دانشگاه تهران.
  • محمودی صالحی، موسی؛ و محمودی صالحی، فرید. (1392). فلسفۀ طراحی لرزه‌ای براساس عملکرد، تهران: انتشارات دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی.
  • مختاری موسوی، سید آیسن؛ اخلاصی، احمد؛ حسینی، محمود؛ و تقدیری، علیرضا (1400). «بررسی تأثیر هندسۀ پلان و انحنای بدنۀ ساختمان بر رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های بلند دارای سازۀ هگزاگرید»، مدیریت مخاطرات محیطی، دورۀ 8، شمارۀ 1، ص 47-31.
  • مرکز تحقیقات راه و مسکن و شهرسازی (الف). (1394). مبحث ششم. تهران: مرکز تحقیقات راه و مسکن و شهرسازی.
  • مرکز تحقیقات راه و مسکن و شهرسازی (ب). (1394). آیین‌نامۀ طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800. تهران: مرکز تحقیقات راه و مسکن و شهرسازی.
  • مقیمی، ابراهیم (1393). دانش مخاطرات برای زندگی با کیفیت بهتر، تهران: انتشارات دانشگاه تهران
  • نوری‌فر، آزاده؛ و مهدی‌زاده سراج، فاطمه (1397). «نقش معماران بر عملکرد لرزه‌ای ساختمان‌های میان مرتبۀ متعارف با بهره‌گیری از تجارب زلزله‌های گذشته»، نقش‌جهان، سال 8، شمارۀ 1، ص 44-36.
  • Arnold, C. (2006). Designing for Earthqake; A Mannual for Architects, pp: 1-53. FEMA.
  • Ardekani, A.; Dabbagh, I.; Alaghmandan, M; & Golabchi, M. (2019). “Parametric design of diagrid tall buildings regarding structural efficiency”, Architectural Science Review, 63(4), pp: 1-16
  • Elnimier, M.; & Almusharaf, A. (2012). “Structure and Architecture Form of Tall Buildings, International Conference on Sustainable Building Asia p. 5461. Seoul, Korea: ICSBA.
  • FEMA-454. (2006). Designing for Earthquake; A Manual for Architects. California, LA.: FEMA.
  • Golasz, H.; & Szolomicki, J. (2019). “Architectural and Structural Analysis of Selected Twisted Tall Buildings”, Materials Science and Engineering, IOP.
  • Hameed Hussein, S.; & Safa Hussain, M. (2017). “The Strategies of Architectural Design Resisting Earthquake in Tall Buildings”, Al-Nahrain Journal for Engineering Sciences, pp: 436-445.
  • Javidannia (Abolvardi), G.; Bemanian, M.; & Mahdavinejda, M. (2021). “Generative Design Workflow for Seismic-Efficient Architectural Design of Tall Buildings; A Multi-object Optimization approach”, SIMAud, pp: 1-8)
  • Javidannia (Abolvardi), G.; Bemanian, M.; & Mohammadjavad, M. (2020). “Performance Oriented Design Framework for Early Tall building form Development”, eCAADe38, pp: 144-154, Berline,Germany: eCAADe.
  • Khoraskani, R. A. (2018). “Adaptation of Hyperboloid Structure for High-Rise Buildings with Exoskeleton”, Arch, pp: 1-10. Venic, Italy.
  • Kazemi, P.; Afghani Khoraskani, R.; & Tahsildoost, M. (2018). “Structural Efficiency of Tall Buildings: by Means of Parametric Design”, CTBUH.
  • Mahdavinejad, M.; Bemanian, M.; & Abolvardi (Javidannia), G. (2012). “Analyzing the state of seismic consideration of architectural non‐structural components (ANSCs) in design process (based on IBC)”, International Journal of Disaster Resilience in Built Environment, pp: 133-147.
  • Mahdavinejad, M.; Bemanian, M.; & Abolvardi (Javidannia), G. (2011). “Explaining the State of Seismic Consideration of Architectural Non-structural Components in Design Process Case Study: Bam Earthquake”, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, pp: 119-126.
  • Maenpaa, J. (2018). Algorithm-Aided Structural Engineering of Steel-framed Warehouse. Tampere University of Technoigy,.
  • Moon, k. S. (2011). Diagrid Structure for Complex-Shaped Tall Buildings. the twelfth east Asia-pacific conference on structural Engineering and Construction, pp: 1343-1350, Hong Kong: Elsivier.
  • Mirnizmandan, S.; Alghmandan, M.; & Barazandeh, F. (2018). “Mutual effect of geometric modifications and diagrid structure on structural optimization of tall buildings”, Architectural Science Review, pp: 1-13.
  • Park, S.; Elnimeiri, M.; Sharpe, D. C.; & Krawczyk, R. J. (2004). Tall Building Form Generation by Parametric Design Process. CTBUH 4th World Conference pp: 1-7. Seoul: CTBUH.
  • Preisinger, C. (2015). Karamba.
  • Shakib, H.; Dardaei, S.; & Pirzad, M. (2011). “A Proposed Seismic Risk Reduction Program for the Mega City of Tehran, Iran”, Journal of Natural Hazard Review, pp: 140-146.
  • Vollers, K. (2008). “Morphological Scheme of second-generation non-orthogonal high-rises. CTBUH 8th World Congress”, pp: 1-9. Dubai: CTBUH.