پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد "M.Sc"
مهندسی عمران – سازه
چکیده
کشور ما به دل یل باستانی بودن دارای بناهای تاریخی زیادی می باشد که از خشت وگل ساخته شده اند. همچنین در بسیاری از مناطق روستایی کشور هنوز هم ساخت بناها با استفاده از خشت ادامه دارد. چون کشور ما در منطقه زل زل ه خیز دنیا قرار گرفته است و خشت وگل هم مقاومت چندانی در برابر نیروهای جانبی ندارند هر از گاهی شاهد زل زل ه و از دست دادن هموطنانمان می باشیم .
در این پایانامه سعی شده است به کمک روشهایی که بیشتر با تغییرات معماری سازه های خشتی مثل اضافه کردن ماهیچه ها یا پشتبندهایی به کناره بیرونی دیوارهای خارجی ، افزودن ال مان های کششی در سقف ، و... همراه بوده ، به پایداری سازه های خشتی کمک شود. برای بررسی روشهای انتخابی ، کلیه نمونه ها به کمک برنامه کامپیوتری ٥.٤ ANSYS مدل سازی شده اند و تنشها و تغییر مکانها در قسمت های مختلف سازه بدست آمده اند.
پس از انجام کلیه مراحل تحلیلی مشخص گردید که استفاده از بعضی روشهای یاد شده می تواند به مقدار قابل توجهی از تنشها و جابجائیها بکاهد و عملکرد سازه های خشتی را بهبود بخشد.
مقدمه
در کاوش های باستان شناسی که روی طبقات سوم تپه های سیلگ کاشان انجام شده است کاربرد خشت خام را از هزاره سوم قبل از میلاد در بناهای مسکونی آن زمان دیده شده است . ساخت بناهای خشتی در هر زمان مورد توجه بوده ، زیرا به راحتی از خاک محل برداشت کرده و پس از ساختن خشت ، آن را به مصرف بناها می رسانده اند. به طور کلی بناهای خشتی قسمت قابل توجهی از بناهای ایران را چه در روستاها و چه در شهرک ها و یا شهرهای بزرگ تشکیل می داده وهنوز هم در بسیاری از موارد کاربرد فراوان دارد و در اقلیت های مختلف به خصوص در نواحی معتدل کم باران و خصوص اً در اقلیم های گرم و خشک و کویری به ص ورت بناهای عظیم منفرد به مانند کاروانسراها، بازارها و مساجد و... یا بناهای مسکونی ص دها سال مورد استفاده بوده است .
به طور کلی تعداد بناهای خشتی بیشتر از بناهای آجری ، سنگی و چوبی می باشد. از بین مجموعه های به جا مانده از بناهای خشتی می توان به ارگ بم اشاره داشت . بنایی که در حدود دویست هزار متر مربع زیر بنا داشته که این بنای عظیم دارای حصارهای متعدد و دژهای مستحکم بوده است . امروزه به دل یل گسترش تکنول وژی و افزایش دامنه دسترسی به اطراف ما هر چه بیشتر در استفاده از مصال ح ساختمانی و مخصوص اً خشت دور افتاده ایم . ول یکن به دلایل عمده ای از جمله دیدگاه های زیست محیطی ، انرژی بری ، آل ودگی محیط ، محدودیت سرمایه گذاری ، قابلیت های کشف شده مصال ح نفتی ، دلایل جدیدی برای روی آوردن به مصال ح خشتی و گلی بوده است . در این دیدگاه باید از طریق روش های علمی اقدام به رفع نقاط ضعف مصال ح محلی و تکامل شیوه های ساختمانی با مصال ح سنتی نمود.
یک مهندس ساختمان از عناص ر ضروری برای تحقق یک بنای متناسب با استانداردهاست . ول یکن دسترسی به این عنصر حتی در مکان هایی که با مصال ح به اص طلاح آماری با دوام ، روبرو هستیم با دشوارهای هایی همراه است . بخشی از دوام یک بنا به دوام مصالح آن بر می گردد و بخش های دیگر آن به طرح ، اجرا و نحوه قرارگیری مصالح در کنار یکدیگر و یا بهره بردای از آن بر می گردد. این که چه مصال حی استاندارد است نکته ای است و این که با توجه به جمیع شرایط حاکم بر یک سرزمین و محدودیت منابع چه مکانیزم هایی برای تحقق اهداف میسر است نکته ای دیگر.
در بیشتر مناطق کویری و دور افتاده کشور دسترسی به مصال ح مقاوم و یا اجرای ص حیح و دقیق آنها ممکن نیست و به عنوان مثال در منطقه ای به نام بشاگرد بحث بر سر گزینش یک روش ساختمانی مناسب برای مسکن این منطقه حدوده ده سال ی است که ادامه دارد. پیشنهادهایی از کانکس گرفته تا ساختمان های پیش ساخته بتنی یا آجری مطرح شده است ول یکن هیچکس جرات این که بحثی از بناهای گلی وخشتی را مطرح کند به خود راه نداده است ، زیرا این روش ساختمانی سنتی در واقع یک همدستی جنایتکارانه با عناص ر وحشی طبیعت در کشتار انسان ها تلقی می شود و هیچ گاه به این مسال ه توجه نشده است که بعد از ده سال به دل یل نبود زیرساخت های لازم برای تحقق روش های ساختمانی جدید همچنان رکود پا برجا بوده و منجر به بقای کپرهای ساخته شده از نی گردیده است . به نحوی که تلفات حاص ل از مار مخوفی موسوم به مار شب که به سادگی از لابلای نی ها عبور کرده و وارد کپر می شود و مالاریا در طی ده سال گذشته چنان رقمی را تشکیل می دهد که از تلفات یک زل زل ه که هر ص د سال یک بار ممکن است ص ورت پذیرد، بیشتر است .
این مطلب بماند که چنانچه زل زل ه ای مثلاً در تهران که با مصال ح بادوام ساخته شده است به دل یل عدم رعایت سیستم های ساختمانی ، مقاومتی در برابر زل زل ه ندارند. به طور کلی با توجه به شرایط اقلیمی و اقتصادی کشور ما استفاده از ساختمان های خشتی و گلی را بلااجتناب کرده است و همچنین قسمت اعظم تاریخ و آثار باستانی ما هم از مصال ح سنتی و خشت وگل ساخته شده اند. پس ما باید همت خود را در این راستا قرار دهیم که با روش ها و تکنیک های مختلف در هر چه پایدارتر و مقاوم تر کردن این ساختمان ها بکوشیم .
فصل اول
مقدمه و مرور کارهای دیگران
١-١ اهمیت موضوع :
امروزه در بیشتر کشورهای جهان ساختمان های خشتی و گلی وجود دارد که یا از آنها استفاده می شود و یا جزء تاریخ و سرگذشت آن کشورها است . زندگی بر روی کره خاکی همراه با بلایای طبیعی می باشد و وسیله حفاظت انسان ها در برابر این عوامل به وسیله مسکن و مأوی آنها می باشد و همان طور که می دانیم خشت و گل مصال حی ضعیف در برابر نیروهای جانبی هستند و قدرت مقاومت در برابر بارهای جانبی را همانند مصال ح جدید دارا نمی باشند.
کشور ما ایران که سرزمینی است که دارای مناطق گرم و خشک می باشد در جای جای این مناطق ساختمان های خشتی به وفور دیده می شود که از اعصار گذشته ساخته شده و یا هم اکنون در حال ساخت و بهره برداری می باشند. ساختمان هایی مانند ارگ بم ، مسجد آقا بزرگ ، مساجد جامع ها، کاروانسراهای مسکونی یزد و...(شکل ١-١)
کشور ما در مسیر کمربند زل زل ه قرار گرفته است و هر از چند گاهی شاهد وقوع زل زل ه در نقطه ای از کشورمان هستیم که متاسفانه سبب بروز حوادث دل خراش و مرگ بسیاری از هموطنانمان و از دست دادن آثار با ارزش تاریخی می شود.
همانند زل زل ه های طبس ، ناغان ، منجیل یازلزله های اخیر بم و زرند کرمان که آمار تلفات بسیار بالایی دارند. با بررسی اجمال ی می توان فهمید اکثر آسیب دیدگان کسانی هستند که در زیر آوارهای ناشی از فرو ریختن سقف و دیوارهای ساختمان ها گیر افتاده اند که به دل یل نداشتن مقاومت و انسجام کافی فرو ریخته اند. پس به جاست ما که خود را مهندسان ساختمان می دانیم به دنبال روش هایی برای احیا و مقاوم کردن این گونه ساختمان ها باشیم تا بتوانیم خدمتی به همنوعان خود کرده باشیم .
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
-٢ خشت
گِل قال ب زده را خشت می گویند. خاک خشت باید از دانه های شن عاری باشد.
میزان نمک های موجود در خاک باید کم باشد، میزان رس موجود در خاک باید از درص د بالایی از خلوص برخوردار باشد. اگر خاکی که برای خشت زنی در نظر گرفته شده فاقد این خصوص یات باشد خشت حاص ل از آن مرغوب نخواهد شد. خشت به طرق گوناگون تهیه می شود که به شرح آن می پردازیم : (ساختمان های خشتی و گلین )[٣]
١- خاک رس معدنی نرم شده با شکر سنگ و آب مخلوط شده و خشت تهیه می گردد.
٢- خاک رس مرغوب با کاه و خرده سنگ ترکیب می شود. وجود کاه باعث اتصال دانه های خاک به یکدیگر شده و خرده سنگ مقاومت خشت را زیاد می سازد تاخشت در زیر بارهای فشاری بنا، فشار بیشتری را تحمل کند.
٣- چنانچه خاک های آوار مرغوب از ساختمان های تخریب شده به دست آید می توان از آنها که دارای درشت دانه و ریز دانه های گچی هستند خشت مقاومی تهیه کرد.
۴- خاک های رس چرب کوبیده با مقداری خاکستر مخلوط شده و از آن خشت تهیه می گردد. معمولاً خاکستر دارای چربی ناچیزی می باشد که وجود آن در خشت حال ت عدم مکش آب را به وجود می آورد. رنگ این نوع خشت خاکستری می باشد.
۵- به مخلوط خاک رس موی بز اضافه شده و خشتی مقاوم به دست می آید که ترک پذیری آن بسیار کم و در مواردی هم ترکهااز بین می رود.
۶- خاک رس معدنی نرم با پشم شتر که به ص ورت تار و پود در هم آمیخته شده به نسبت معلوم مخلوط شده و خشت تهیه می گردد.
٧- در مواردی پوست برنج (شلتوک ) با خاک رس مخلوط شده و اتصال خوبی در خشت به وجود می آید و ترک پذیری خشت را نقصان می دهد.
٨- در مواردی به خاک رس پهن چهارپایان اضافه می کنند؛ این ترکیب نیز خشت را از باز شدن در مقابل رطوبت محافظت می کند.
٩- خاک رس با ال یاف خرما در اندازه لازم مخلوط شده و خشتی مقاوم تهیه می گردد. این خشت در اص طلاح «سازو دار» گفته می شود.
قابل توجه می باشد که در بین خشت های ذکر شده به میزان همگن بودن مواد ترکیبی در آنها و حرکت پذیری یکنواخت و غیر یکنواخت یعنی «انبساط و انقباض »
در مقابل گرما و سرما و عوامل طبیعی برخی مقاوم و پایدار بوده و برخی ناپایدار می باشند که بنا به نوع آب و هوا و اقلیم مکان و عظمت وحجم ساختمان از آنها استفاده می گردد. [٣]
١-٢-١ خشت آسفالتی
مطال عه در مورد بهبود کیفیت خشت و افزایش مقاومت آن در مقابل نیروها و رطوبت انجام شده است ؛ امول سیون رسی قیر پس از آزمایشات مختلف روی امول سیون های نفتی از طرف امور پژوهش شرکت ملی نفت ایران به عنوان مناسب ترین ماده برای افزایش مقاومت خشت تشخیص داده شده و از نظر کیفیت و قیمت مناسب بوده است . مشخصات امولسیون قیر عبارتست از:[۴]
• قیر ۵٠ درص د
• آب ۴٧.۵ درص د
• خاک رس بتتونیت ٢ درص د
• مواد تجزیه کننده ٠.۵ درص د
خاک مناسب برای تهیه خشت آسفال تی باید دارای مشخصات زیر باشد:
• رس ١۵-١٢ درص د
• ماسه ٣۵-٢٠ درص د
• خاک ۵٨-۵٠ درص د
ج دول (١-١) ن سبت امولسیون قیری و مقاومت خشت
مقدار امول سیون استقامت فشاری
۴ درص د ٣٠kg.cm2
۶درص د ٣١.۶kg.cm2
٨درص د ٣۵.٨kg.cm2
خشت آسفالتی با خشت های تثبیت شده در کشورهای گوناگون جهت خانه سازی مصرف می گردد این مطلب منحصر به کشورهای فقیر نیست در آمریکا از خشت آسفال تی برای ساختن ویلا، رستوران یا حتی بانک استفاده شده است .شکل (١- ٢)
١-٣ محاسن بناهای خشتی
ال ف ) خشت و ملات آن اکثرًا خاک رس و یا ملات خاکی بوده که مخلوطی از خاک و ماسه می باشد که با خشت پیوند جال بی به وجود می آورد. بدیهی است اگر گرد و غبار نشسته بر سطوح خشت کاملاً گرفته شود و در موقع کار کردن با پارچه خیس کف مال و مرطوب گردد، سپس با ملات ورزیده با ضربه زدن به کار رود، اسکلت خشتی به ص ورت قامتی یکپارچه به وجود می آید. به علت ترکیب در
ضخامت دیوارهای خشتی بنا دارای مقاومتی می گردد که اتکا و درگیری عضوها در یکدیگر تا حدی در برابر زل زل ه های خفیف مقاوم می شود.
Abstract
Our country, Iran, being an ancient country, has lots of
historical monuments which have been built by adobe and mud.
The builders are still making use of brick and mud in many rural
areas of the country. Since our country is located in an earthquake
zone of the world, and since adobe and mud have little resistance
against lateral earthquake forces, we have witnessed several life
losses during the history.
In this dissertation some contributions have been made by using
new or changing the existing architectural components of the adobe
structure. For example, adding haunches or supporting walls to the
corners of the outside walls, adding tensile elements at the ceiling,
adding to the strength of mixture of adobe, etc. These can help the
stability of the structure. All the samples are analyzed by assistance
of computer program "Ansys 5.4". Stresses and displacements are
obtained in different parts of the structure in all cases.
After fulfilment of all aspects of analysis, it was realized that
making use of the aforcementioned methods can reduce some
noticeable amount of stresses and displacements, and can improve
the performance of adobe structure.