دانلود تحقیق برج‌های دوقلوی پتروناس

برج‌های دوقلوی پتروناس در کوالالامپور، یکی از شاخص‌ترین نمونه‌های آسمان‌خراش‌ها در عصر حاضر به‌شمار می‌روند که طی سالهای 1992 تا 1998، در مرکز ناحیه اقتصادی شهر توسط معمار مشهور، سزار پلیطراحی و ساخته شده‌اند.

این برج‌ها که به‌عنوان یک نشانه شهری، سمبل معماری معاصر مالزی نیز به شمار می‌روند و از جمله طرح‌های شاخص در زمینه استفاده از تکنولوژی هستند، جایزه معماری آقاخان را در سال 2004 نصیب خود نموده‌اند.برج‌های پتروناس که سازه‌های شگفت‌آور و عظیمی از شیشه و آهن هستند، با 88 طبقه و مناره‌هایی به بلندی 30 متر، تجسمی عینی از رویاهای سزار پلی می‌باشند.

کاربرد 26 هزار تن آهن در اسکلت فلزی این برج‌ها، دو نمونه بی‌‌نظیر از بزرگ‌ترین سازه‌های فلزی تاریخ را به نمایش گذاشته است.

پی‌ریزی برجهای پتروناس به ‌صورت گسترده، در مساحتی بیش از 5/1 هکتار و حجمی معادل 70 هزار تن بتن، که 3 روز متوالی، 24 ساعته ادامه داشت، بزرگ‌ترین پیریزی یکبارهای میباشد که تا به آن تاریخ انجام گرفته است.

اما این پی عظیم، به تنهایی قادر به تامین مقاومت ساختمان در طول یک زلزله عظیم نخواهد بود.

ازاین‌رو در برج‌های دوقلوی پتروناس 14 دمپر (Damper) نصب شده است.

این وسیله که در خرپاهای مورب سازه فلزی نصب می‌گردد، لرزش ساختمان را در طول زلزله کاهش می‌دهد و درست مانند یک کمک‌فنر اتومبیل عمل می‌کند.

یک آسمان‌خراش با دمپر می‌تواند 3 برابر یک آسمان‌خراش معمولی، انرژی تولید شده توسط زلزله را جذب کند.

هرچه زلزله طولانی‌تر باشد، دمپر می‌تواند موثرتر باشد و با هر موج زلزله، انرژی بیشتری جذب کند.هنگام برخورد باد با یک برج، ساختمان مانند بادبان قایق عمل می‌کند.

برای این‌که ساختمان بتواند نیروی باد را تحمل کند، باید به قدری انعطاف‌پذیر باشد که بتواند مقداری از نیروی باد را جذب کند و در عین حال به اندازه کافی مستحکم باشد تا آسیبی نبیند.

برج‌های دوقلو با ارتفاع تقریبی 460 متر، بگونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند بادهای ویران‌کننده‌ای را که در فصل تایفون می‌وزند، تحمل کنند.

این تندبادها که به سرعتی بالای 140 کیلومتر در ساعت نیز می‌رسند، طراحی هرنوع آسمان‌خراشی را در این منطقه با مشکلات متعدد مواجه می‌کند.

سزار پلی دارای دیدگاهی بود که به رفع این مشکل کمک می‌‌کرد: ما پیشنهاد کرده‌‌ایم بین دو برج در طبقات 41 و 42 یک پل ارتباطی باشد، این پل با تکیه‌گاه‌های خود، دروازه‌ای به سوی آسمان میسازد.

اما دیدگاه معماری پلی با شرایط فیزیکی برج‌ها مغایرت پیدا کرد؛ زیرا می‌بایست خود را با حرکت‌‌های مختلف هر کدام از دو برج مطابقت دهد که در این حالت انعطاف‌پذیری مستقل هر برج، به علت اتصال به یک پل مشترک، عملا غیرممکن می‌گردد.

خطر واقعی زمانی است که بادهای چرخان همزمان از زوایای مختلف به برج‌های دوقلو برخورد کنند و برج‌ها در جهات مختلف خم شوند، در این هنگام، این پل 900 تنی جدا خواهد شد و از ارتفاع 182 متری به پیادهرو شلوغ پایین سقوط خواهد کرد.

برج‌های دوقلوی پتروناس در کوالالامپور، یکی از شاخص‌ترین نمونه‌های آسمان‌خراش‌ها در عصر حاضر به‌شمار می‌روند که طی سالهای 1992 تا 1998، در مرکز ناحیه اقتصادی شهر توسط معمار مشهور، "سزار پلی"طراحی و ساخته شده‌اند.

این برج‌ها که به‌عنوان یک نشانه شهری، سمبل معماری معاصر مالزی نیز به شمار می‌روند و از جمله طرح‌های شاخص در زمینه استفاده از تکنولوژی هستند، جایزه معماری آقاخان را در سال 2004 نصیب خود نموده‌اند.برج‌های پتروناس که سازه‌های شگفت‌آور و عظیمی از شیشه و آهن هستند، با 88 طبقه و مناره‌هایی به بلندی 30 متر، تجسمی عینی از رویاهای " سزار پلی" می‌باشند.

برای حل این مشکل خاص طراحی، مهندسین وسیله‌ای را از فنآوری زلزله قرض گرفتند (دمپر) .

در حقیقت دوپایه استوانه‌ای پل که 35 متر طول و هرکدام 60 تن وزن دارند، دمپرهای عظیمی هستند که در هنگام خم شدن و تکان خوردن هر ساختمان کشیده شده و به جای خود باز می‌گردند.

برای پیشگیری از شکسته شدن پل، هنگام خم شدن برجها در جهات مختلف، پایه‌های تکیه‌گاه، به جای اتصال مستقیم به پل و برجها، به صفحه‌هایی گردان وصل می‌شوند که میتوانند حداقل 45 درجه در هر جهت بچرخند.

به این ترتیب پایه‌های دمپر، چرخش و پیچش را جذب می‌کنند، در حالی‌که سیستم تکیه‌گاه داخلی پل بدون حرکت باقی می‌ماند.

برج های دوقلوی پتروناس مالزی در کووالامپور با هزینه ای بالغ بر 1.6 میلیار دلار و با ارتفاع 1483 فوت (452متر) در 88 طبقه ، توسط گورنتون تاماستی و رانهیل برسکوتو طراحی و ساخته شد.

مصالح ساختمانی آن فولاد بتن و کلا کامپوزیت می باشد .

نمای ساختمان آلومونیوم و فولاد زنگ نزن است .

تا سال 1998 برج های بلند دنیا همیشه در آمریکا ساخته می شد ولی در آن سال این رکورد توسط برجهای پتروناس شکسته شد و راه را برای برجهای آسیایی باز کرد ، این برجها حدود 33 فوت از برج سیرز بلندتر است ، البته بالاترین فضای مسکونی در برج سیرز هنوز 200 فوت بالاتر از بالاترین طبقه برج های پتروناس می باشد.برجهای پتروناس ترکیبی از شکوفایی اقتصادی و معماری مذهبی می باشد.که شامل زیربنایی به مساحت 8000 میلیون فوت مربع ، جهت مغازه ها و تسهیلات سرگرمی و پارکینگی با 4500 اتوموبیل ظرفیت و موزه نفت و تالار سمفونی و مسجد و مرکز کنفرانسهای چندرسانه ای می باشد .

هر طبقه یک ستاره هشت ضلعی را تشکیل می دهد ،که الهام گرفته از طرح های اسلامی سنتی مالزی است که نماد اتحاد هماهنگی عقلانیت و پایداری می باشد .

برج شماره 1 در اختیار شرکت نفتی پتروناس مالزی و برج شماره 2 در اختیار شرکت های دیگر است .

مجموعا 36910 تن فولاد در ساخت برجها بکار رفته .

آسانسورهای برج بصورت دوتایی در هر مجموعه 29 عدد است ، بطوری که می توان در 90 ثانیه به نوک هر برج رسید .

روی هم هردو برج 32000 پنجره دارند که شستن هر برج حدود یک ماه طول میکشد.پتروناس از سیستم کامپوزیت ستونهای پیرامونی و هسته داخلی استفاده می کند .

قابهای سازه ای برای 452 متر (1483 فوت) ارتفاع برج پتروناس ازستونهای غول پیکری که از آنها به نام مگاستون نام برده شده با بتنی به مقاومت 80 مگاپاسکال به همراه تیرهایی که مانند حلقه ستونها را در بر می گیرند به همراه هسته بتنی با مقاومت بالا تشکیل شده است.

هسته و قاب ها به همراه هم سختی جانبی کافی برای یک ساختمان بلند این چنینی را فراهم می کند .

این سیستم چون قبلا در هیچ ساختمان بلند دیگری استفاده نشده فضای بدون ستون داخلی را ایجاد می کند .

دلیل استفاده از بتن در ساخت این ساختمان ها را می توان اینگونه بیان کرد که ، در مالزی اکثرا پیمانکاران محلی در کار کردن با بتن بسیار واردتر از کارکردن با فولاد هستند ، همچنین بتن پایداری بهتری در برابر تعدیل نوسانات ناشی از باد دارد و کمترین لرزشها را ایجاد می کند.ابعاد هسته داخلی 75 در 75 فوت است .

برجهای دوقلوی پتروناس در طبقات 41و 42 توسط یک پل هوایی (SKYBRIDGE) 58.4 متری به هم متصل شده اند .

شاید یکی از بزرگترین مشکلات در ساخت برجها نیز همین پل هوایی بود که باید روی زمین ساخته می شد و به محل خود ، بالا کشیده شده و نصب می شد و پس از انتقال باید در محل خود نصب می شد.

این پل ارتباط دو ساختمان را با هم فراهم می کند ، البته مشکل دیگر نوسانات ناشی از ساختمان ها است که باید در طراحی پل در نظر گرفته می شد.

فونداسیون برجها با ضخامت 4.5 متر شامل 13200 مترمکعب بتن مسلح با مقاومت 60 مگاپاسکال به همراه 104 شمع با ارتفاع های متغییر 60 تا 115 متر می باشد.اما این پی عظیم، به تنهایی قادر به تامین مقاومت ساختمان در طول یک زلزله عظیم نخواهد بود.

این وسیله که در خرپاهای مورب سازه فلزی نصب می‌‌گردد، لرزش ساختمان را در طول زلزله کاهش می‌‌دهد و درست مانند یک کمک‌فنر اتومبیل عمل می‌کند.

یک آسمان‌خراش با دمپر می‌‌تواند 3 برابر یک آسمان‌‌خراش معمولی، انرژی تولید شده توسط زلزله را جذب کند.

هرچه زلزله طولانی‌تر باشد، دمپر می‌‌تواند موثرتر باشد و با هر موج زلزله، انرژی بیشتری جذب کند.

هنگام برخورد باد با یک برج، ساختمان مانند بادبان قایق عمل می‌‌کند.

برای این‌که ساختمان بتواند نیروی باد را تحمل کند، باید به قدری انعطاف‌‌پذیر باشد که بتواند مقداری از نیروی باد را جذب کند و در عین حال به اندازه کافی مستحکم باشد تا آسیبی نبیند.

برج‌‌های دوقلو با ارتفاع تقریبی 460 متر، بگونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند بادهای ویران‌کننده‌ای را که در فصل تایفون می‌وزند، تحمل کنند.

این تندبادها که به سرعتی بالای 140 کیلومتر در ساعت نیز می‌‌رسند، طراحی هرنوع آسمان‌‌خراشی را در این منطقه با مشکلات متعدد مواجه می‌‌کند.

سزار پلی دارای دیدگاهی بود که به رفع این مشکل کمک می‌‌کرد: "ما پیشنهاد کرده‌ایم بین دو برج (در طبقات 41 و 42) یک پل ارتباطی باشد، این پل با تکیه‌گاه‌های خود، دروازه‌ای به سوی آسمان می‌‌سازد." اما دیدگاه معماری پلی با شرایط فیزیکی برج‌ها مغایرت پیدا کرد؛ زیرا می‌بایست خود را با حرکت‌‌های مختلف هر کدام از دو برج مطابقت دهد که در این حالت انعطاف‌‌پذیری مستقل هر برج، به علت اتصال به یک پل مشترک، عملا غیرممکن می‌گردد.

خطر واقعی زمانی است که بادهای چرخان همزمان از زوایای مختلف به برج‌های دوقلو برخورد کنند و برج‌ها در جهات مختلف خم شوند، در این هنگام، این پل 900 تنی جدا خواهد شد و از ارتفاع 182 متری به پیاده‌رو شلوغ پایین سقوط خواهد کرد.

برای حل این مشکل خاص طراحی، مهندسین وسیله‌‌ای را از فن‌آوری زلزله قرض گرفتند، "دمپر".

در حقیقت دوپایه استوانه‌‌ای پل که 35 متر طول و هرکدام 60 تن وزن دارند، دمپرهای عظیمی هستند که در هنگام خم شدن و تکان خوردن هر ساختمان کشیده شده و به جای خود باز می‌گردند.

برای پیشگیری از شکسته شدن پل، هنگام خم شدن برج‌ها در جهات مختلف، پایه‌های تکیه‌گاه، به جای اتصال مستقیم به پل و برج‌ها، به صفحه‌هایی گردان وصل می‌شوند که می‌توانند حداقل 45 درجه در هر جهت بچرخند.

به این ترتیب پایه‌‌های دمپر، چرخش و پیچش را جذب می‌‌کنند، در حالی‌که سیستم تکیه‌‌گاه داخلی پل بدون حرکت باقی می‌‌ماند.

طبقه بندی سیستم های ساختمان های بلند : تغییر توسعه سیستم های سازه ای ساختمان های بلند ، از ساختمان های با سیستم قاب صلب تا ساختمان های به شکل طره بلند می باشد .

قابهای مقاوم چرخشی(Moment resistant frames) تا حدود 20 یا 30 طبقه می توانند موثر باشند .قابهای توخالی (Tublar system) و خرپاها ، اخیرا به محدودیت هایی رسیده اند .

در سال 1984 موسسه ساختمان های بلند و اسکان شهری چهار دسته از سیستم های سازه ای برای ساختمان های بلند به شرح زیر را طبقه بندی کرد (Flaconer & Beedle 1984) 1) قابهای برشی : Shear Frames الف) قابهای نیمه صلبSemi-Rigid Frmaes ب) قابهای صلب Rigid Frames 2) سیستم های برهم کنشی : Interacting Systems الف) قابهای با هسته برشی Frames with Shear Cores ب)قابهای با برش و خرپاها و نوارهای مهاریFrames with Shear, Band and Outrigger Trusses 3) سیستم های نیمه لوله ای Partial Tubular Systems الف)لوله های قابی کانال انتهایی با خرپای برشی داخلی End Channel Framed Tube with Interior Shear Trusses ب)لوله های قابی کانال انتهایی (I) متوسط End Channel and Middle I Framed Tubes 4) سیستم های لوله ای Tubular Systems الف)لوله قابی خارجی Exterior Framed Tube ب)لوله در لوله Tube-in-Tube ج)لوله قابی دسته بندی شده Bundled Framed Tube د) لوله های مورب خارجیExterior Diagonalized Tube به دلیل استفاده وافر از سیستم های لوله ای در ساختمان های بلند اخیر ، این سیستم را مورد بررسی قرار دهیم .

سیستم لوله ای در حال حاضر به چند دسته تقسیم می شود که عبارتند از : ۱) لوله های قابی خارجی 2) سیستم لوله در لوله 3) لوله قابی دسته بندی شده 4) لوله های مورب خارجی(لوله خرپایی) فاکتورهای که در انتخاب نوع سیستم سازه ای تاثیر می گذارد عبارتند از : 1) ملاحظات کلی اقتصادی 2) شرایط خاک 3) نسبت ارتفاع به عرض ساختمان و سختی آن 4) ملاحظات ساخت و نصب 5) ملاحظات سیستم های مکانیکی 6) ملاحظات طبقه بندی آتش و ایمنی جانی افراد 7) فاکتورهای اجتماعی استفاده کننده ها و همسایگان 8) فاکتورهای قانونی ، منطقه ای و قراردادها 9)دسترسی و هزینه مواد اصلی ساختمان سیستم لوله قابی (Framed Tube) درسال1960 آقای دکتر فزلارخان یک سیستم سازه ای جدید را معرفی کرد .

این سیستم که سیستم لوله ای نام گرفت ، مشکل رکود در ساختن ساختمان های بلند را تا حد بسیار زیادی حل کرد .

دکتر فزلار خان نخستین توسعه دهنده قابهای برهم کنشی ، سازه های قابی لوله ای و سیستم لوله در لوله (که در ساختن ساختمانها بلند را بسیار اقتصادی می کند) است .

در سیستم سازه ای لوله ای ، محیط ساختمان از ستونهای نزدیک به هم که بوسیله پشت بندهای عمیق به هم وصل شده اند ، تشکیل می شود.

سیستم حاصل مانند یک طره عمودی عظیم کار می کند و به خاطر تقسیم شدن نیروی باد بین ستونهای سطح باد خور (سطح رو به باد) و سطح پشت به باد بسیار موثر عمل میکند.مفهوم لوله به تنهایی سختی و محدودیت های لرزشی ساختمان را ارضا نمی کند .

انحراف وتری به علت جابجا شدن محور ستون ها و انحراف جان تیر به علت برش و تغییر شکل های خمشی در اطراف ستونها و پشت بند ها ، ممکن است بطور قبل ملاحظه ای به خصوصیات الاستیک و هندسی لوله بستگی داشته باشد.تعداد طبقاتی که ممکن است با استفاده از سیستم لوله ای اقتصادی باشد ، با توجه به فاکتورهایی از قبیل فاصله و اندازه ستون ها ، عمق پشت بندهای محیطی و نسبت پلانی تغییر می کند .البته در این سیستم ساختمانی بازده کار بسیار بالا می باشد ، به طوری که مصالح مصرف شده در هر فوت کف ، در مقایسه با ساختمان های قابی متداول به نصف کاهش می یابد !

مشکلات اساسی در ساختن آسمان خراشها و ساختمان های بلند ، نیروی باد و پدیده لنگی برشی و تغییر مکان جانبی می باشد که در ادامه مورد بحث قرار می گیرد .

پدیده لنگی برشی (shear lag) ستون هایی که لوله را می سازند در مقابل بارهای جانبی مانند یک تیر طره ای خم می شوند ، رفتار واقعی لوله در جایی ما بین تیر طره ای خالص و قاب خالص قرار دارد ، اضلاعی از لوله که موازی امتداد نیروهای جانبی می باشند ، با توجه به انعطاف پذیری تیرها تمایل دارند که مانند قاب های صلب چند دهانه و مستقل عمل کنند ، این انعطاف پذیری باعث می شود که در قاب تغییر شکل های ناشی از برش ایجاد شود که به نام لنگی برشی خوانده می شود ، بنابراین در ستون ها و تیرها خمش بوجود می آید .

به طور کلی می توان گفت که از مجموع حرکات جانبی فقط 25 درصد ناشی از عمل طره ای لوله است و 75 درصد بقیه در اثر لنگی (لقی) برشی بوجود می آید .این نوع رفتار از خصوصیات قابهای صلب می باشد .

اثر تغییر شکل برشی در روی عمل لوله منجر به توزیع غیر خطی فشار در امتداد پوش ستونها میگردد، ستونهایی که درگوشه های ساختمان قرار دارند مجبور می باشند که سهم بیشتری از بار را نسبت به ستونهای ما بین آنها تحمل کنند .

بعلاوه تغییر شکل کل ساختمان دیگر شباهت به تغییر شکل تیر طره ای نخواهد داشت ، زیرا تغییر شکل حالت برشی اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد .

مسئله برش شدیدا در روی کارایی سیستم های لوله ای تاثیر میگذارد و تمام پیشرفت های بعدی در طرح لوله ای ، سعی در برطرف نمودن این اشکال دارد.

دکتر فزلار خان در دهه هفتاد میلادی در این رویا بود که ممکن است ساختمان بتنی با ارتفاعی ساخته شود که قابل رقابت با ساختمان های فلزی باشد .

حدس وی برای پیدا کردن راه حلی برای از بین بردن پدیده لنگی برشی وی را به سمت مفهوم جدیدی به نام لوله های مورب هدایت کرد که نبوغ ایشان دراین پدیده در ساختمان جان هانکوک دیده می شود .

همچنین وی اجرای روشهای مشابه برای ساختمان های بتنی با لوله های خرپایی مورب که شامل ستون های خارجی با فاصله حدود سه متر (10 فوت) و با بلوک های پنجره ای در هر طبقه برای ساختن طرح مورب در نما بود را توصیه کرد .

قطر ها باید برای تحمل نیروهای برشی طراحی می شدند ، بدین گونه که خمش در ستون ها و تیرهای لوله از بین برود .اگر چه وی این مطالب را بیان کرد ولی ایده او حدود پانزده سال برای ساختن ، ساختمان واقعی منتظر ماند .

در این سیستم قطرها دو کار انجام می دادند ، یکی افزایش خاصیت لوله ای با کاهش پدیده لنگی برشی و دیگری کاهش کوتاه شدگی در ستونهای خارجی با توزیع بارهای ثقلی ، بنابراین سختی بیشتر موثر ساختمان با اضافه کردن قطرها تحقق یافت .