انواع سیستم های سازه ای ساختمان های بلند

زمانی یک سازه را می توان بلند نامید که ارتفاع آن باعث شود نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله بر طراحی آن تأثیر قابل توجهی گذارد و تاریخچه سازه های بلند به ساختمان آجری 16 طبقه که در سال 1891 در شیکاگو آمریکا ساخته شد، باز می گردد . در همین زمان استفاده از مقاطع فولاد نورد آغاز گردید که منجربه ساخت سازه های بلند دیگری درسال 1973 برجهای دوقلو تجارت جهانی در نیویورک که شده گردید، در سال 2001 بر اثر تصادم هواپیما به آنها تخریب شدند، ساخته شده که 110 طبقه با ارتفاع 412 متر و برج سیرز در شیکاگو با ارتفاع 442 متر و پتروناس در کوالالامپور مالزی با ارتفاع 452 متر از جمله سازه های بلند دهه های اخیر می باشند وبه طور کلی در طراحی آنها اثر پی- دلتا و بار گذاری تدریجی (اثر تصاعدی کوتاه شدگی ها )، تنشهای اضافی ناشی از نشست نسبی، خزش، آبرفتگی و حرارت را بایستی لحاظ ازجمله سیستمهای سازه های بلند قابهای صلب، قابهای مهاربندی شده، قابهای میانپر، دیوارهای برشی کوپل، ترکیب قاب و دیوار، هسته های دیوار برشی، قابهای محیطی دسته شده را می توان نام برد.

معیار آسایش برای تأسیسات مکانیکی ، برقی وتهويه مناسب بکار رفته ، خزش آبرفتگی و اثرات حرارتی کنترل شده در طراحی مجاز 25% تقلیل در مجموع بارهای باد، زلزله و ثقلی ایجاد گردد که در ساختمانهای بلند ولاغر انعطاف پذیر در دینامیک سازه نحوه بارگذاری تأثیر زیادی دارد اهمیت اثر نیروی جانبی با بالا رفتن ارتفاع ساختمان با سرعت زیادی افزایش می یابد. در ارتفاع معینی تغییر مکان جانبی ساختمان چنان زیاد می شود که ملاحظات سختی کنترل کننده طرح می گردند تا اینکه مقاومت مصالح سازه ای سختی اساسا بستگی به نوع سیستم سازه دارد . بعلاوه بازده هر سیستم خاصی مستقیما با مقدار مصالح مصرف شده ارتباط دارد. بنابراین از بهینه کردن سازه برای شرایط فضایی معینی باید با حداقل وزن حداکثر سختی حاصل شود.

این عمل منجربه ابداع سیستم های سازه ای مناسب برای حدود ارتفاعات معین میگردد. بعضی از عواملی که در توسعه این سیستم های تازه نقش مهمی داشته اند عبارتند از:

• مصالح سازه ای با مقاومت زیاد.
• عمل مرکب بين عناصر سازه ای ساخته شده از دو یا چند نوع مصالح.
• روش های جدید اتصال قطعات.
• تخمین رفتار پیچیده سازه ها به وسیله ماشین های حسابگر الکترونیک (کامپیوتر).
• استفاده از مصالح ساختمانی سبک تر.
• روش های اجرایی جدیدتر.

در بخش های زیر متداول ترین سیستم های سازه ای مورد بحث گیرند. در این بحث ها طرح های هندسی نمونه، رفتار ها تحت بار گذاری و بازده سیستم ها مورد تأکید می باشند.

• سازه دیوار باربر
• سازه هسته برشی
• سازه تیر دیواری
• سازه دیوار باربر

فرم های سازه بلند

1-هسته مرکزی باستونهای محیطی

2- قابهای مهاربندی شده (مهاربند تک قطری ضربدری، Kشکل، زانویی)

3-قابهای صلب

4- قابهای میان پر (دارای دیوار پر کننده)

5- دیوار برشی

6- دیوار برشی کوپل و با تیر همبند

7- قاب-دیوار

8-قابهای محیطی تو درتو

9-قابهای محیطی دسته بندی شده هسته و پوسته

10- قابهای محیطی مهاربندی شده

11-سازه های با مهار زانویی

12- سازه های معلق

13-سازه های با هسته مرکزی

14- سازه های فضایی

15- سازه های پیوندی و مرکب

در آنالیز سازه های بلند یک بار آنالیز اولیه انجام داده ز آن آنالیز ثانویه و نهایی را انجام داده و آنالیز پس  اولیه و نهایی را با روش هایی با هم ترکیب می نماییم و بایستی ساهتمان تخمل برش جانبی و افقی راداشته و ستون های با ستون های اصلی در تحمل لنگرهای جانبی مشارکت داشته برشی کاهش یابد وسازه در برابر لنگر ناشی از افقی مقاوم بوده و بار شاه تیرها با انتقال بخشی از بار ستونهای اصلی به فرعی کاهش یافته و تنش ها یکنواخت گردد.

آنالیز و طراحی قابهای صلب

1-تخمین نیروهای قائم به روش تقریبی در ستونها و شاه تیرها

2-تخمین ابعاد اولیه ی اعضا براساس نیروهای قائم با درصدی افزایش به منظور وارد نمودن اثرات بارهای قائم

3- جایگزینی تقریبی بارهای افقی بر مجموعه های خمشی و آنالیز اولیه نیروهای اعشای آنها

4- کنترل جابجایی و اصلاح ابعاد اعضا در صورت لزوم

5- کنترل مقاومت اعضا برای بدترین ترکیب بارگذاری قائم و افقی و اصلاح ابعاد آنها در صورت لزوم

6- آنالیز کامپیوتری کل سازه برای کنترل دقیقتر مقاومت و جابجایی اعضا و انجام اصلاحات ابعاد در صورت نیاز و تأثير بارقائم-تغییر مکان جانبی

7- طراحی مفصل و دقیق اعضا و اتصالات

آنالیز و طراحی سازه های با مهارزانویی

از لحاظ تاریخی سازه های ضخیم و سنگین ساخته شده از مصالح بنایی بوده اند. وزن زیاد و انعطاف ناپذیری آنها در طرح افقی باعث عدم استفاده مؤثر از آنها در ساختمان های بلند گردید. اما پیشرفت تکنولوژی جدید در استفاده از مصالح بنائی مهندسی ساخته شده و قطعات بتنی ساخته مفهوم دیوار باربر را برای ساختمان های با ارتفاع متوسط اقتصادی ساخته است. این سیستم برای انواعی از ساختمان ها که در آنها تقسیمات مکرر فضا لازم است مانند آپارتمان ها و هتل ها قابل استفاده می باشد. روش دیوار باربر برای انواع طرح و شکل ساختمان ها مناسب است. نقشه های افقی این طرح ها از شکل های مستطیلی ساده تا شکل های دایره ای و مثلثی متغییر می باشند. سازه های دیوار باربر عموماً شامل مجموعه ای از دیوارهای خطی می باشند. بر اساس نحوه قرار گرفتن این دیوارها در ساختمان آنها را می توان به سه گروه اصلی تقسیم نمود:

سیستم دیوار عرضی که شامل دیوار های خطی در امتداد عمود بر طول ساختمان می باشد و در نتیجه مانع نما کاری نمای اصلی نمی گردد.

سیستم دیوار طولی که شامل دیوارهای خطی موازی طول ساختمان می باشد این رو دیوار نمای اصلی را تشکیل می سیستم دو طرفه که شامل دیوارهای موازی عرض و طول ساختمان می باشد.
همچنین ممکن است ساختمان را بطور مشخصی به قسمت های سازهای مختلف تقسیم کرد بطوریکه هر قسمت سیستم دیوار جداگانه ای را به کار ببرد.
ترتیب قرار گرفتن دیوارها که در اینجا بحث شد در مورد ساختمان های مستطیلی ممکن است به وضوح قابل بیان باشد،اما در مورد ساختمان های با تصاویر افقی پیچیده تر طبقه بندی کردن ممکن است تا حدودی مشکل باشد. رفتار سازه دیوار بار بر تحت بار گذاری بستگی به مصالح مصرف شده و نحوه اثر متقابل صفحه افقی کف و صفحه قائم می دیوار دارد.به عبارت دیگر این رفتار تابعی از درجه پیوستگی (اتصال) دیوارها به یکدیگر و به دال های کف باشد اتصال سازه کف به دیوارهای پیوسته را باید مفصلی تصور کرد.(با فرض هیچگونه سیستم اتصال خاصی بکار نرفته باشد)، در صورتی که در ساختمان های بتنی در محل ریخته شده ، دال هاو دیوارها بطور واقعی متصل و پیوسته هستند. واضح است که ساختمان بتنی در محل ریخته شده ،با توجه به رفتار سه بعدیش،خیلی سخت تر از ساختمان ساخته شده ار مصالح بنائی یا قطعات پیش ساخته مفصلی می باشد و این نکته بتن زا برای ساختمان های بلندتر اقتصادی می سازد. بارهای قائم با ایجاد خمش از سازه کف مستقیما به دیوارها انتقال می یابند. دهانه های متداول کف ها (یعنی فاصله بین دیوارها ) بسته به ظرفیت حمل بار وصلبیت جانبی سیستم کف و عوامل دیگر بین 12 تا 25 فوت متغیر می باشند. چون دیوار بارها را خیلی شبیه به یک ستون باریک و عریض مقاومت می کند پایداری آن در مقابل کمانش باید کنترل گردد. تنش های فشاری در دیوار تابعی از دهانه کف، ارتفاع و نوع ساختمان ،و اندازه و ترتیب سوراخ های دیوار(برای در و پنجره و غیره)می باشد. سوراخ های دیوار باید روی یک محور قائم قرار داده شود تا از تمرکز و ترکیب تنش ها در اثر ترتیب متناوب پنجره ها ها اجتناب گردد. کف هایی که بصورت خارج از مرکز به دیوارها متصل می باشند لنگرهای خمشی ایجاد می کنند که دیوار باید آنها را نیز مقاومت کند. نیروهای افقی به وسیله سازه کف که مانند دیافراگمی افقی عمل می کند به دیوارهای برشی موازی امتداد نیرو توزیع می شود. ین دیوارهای برشی به دلیل صلبیت زیاد شان مانند تیرهای با عمق زیاد عمل می کنند و در مقابل برش، خمش و واژگونی مثل آن واکنش نشان می دهند.

در مقابل نیروی باد موازی با جهت کوتاه ساختمان، دیوارها در سیستم دیوار عرضی نه فقط بارهای وزن را تحمل می کنند از بلکه در مقابل برش ناشی از باد نیز مقاومت می نمایند. طرف دیگر سیستم دیوار طولی این دو وظیفه دیوارها را هم جدا می کند. کند. دیوارهای طولی بارهای وزن را تحمل می نمایند و نیروهای باد را به صورت خمش موضعی به دیافراگم کف یا مستقیما به دیوارهای برشی واقع در وسط یا دو انتهای ساختمان منتقل می کنند.

در مورد اثر باد روی ضلع کوتاه ساختمان که اهمیت کمتری دارد، دیوارهای باربر در سیستم دیوار طولی اکنون به صورت دیوار های برشی نیز عمل می کنند. در سیستم دیوار عرضی یوارهای برشی را ممکن است در امتداد کریدور مرکزی قرار داد. در ساختمان های بتنی در محل ریخته شده، پایداری در اثر رفتار یکپارچه سیستم کف-دیوار که مانند یک واحد صندوقی با خمش واکنش نشان می دهد تامین می گردد. بنابراین با فرض دیافراگم های کف بی نهایت صلب آنها مستقیماً به نسبت سختی نسبی شان بارهای باد را مقاومت می کنند. اما اگر طرح دیوارها چنان باشد که نیروی برآیند باد از مرکز جرم دیوار های مقاوم عبور نکند، پیچش ایجاد می شود که باعث افزایش برش در بعضی از دیوار ها می گردد. رفتار دیوار برشی در مقابل بار گذاری جانبی به مقدار زیاد بستگی به شکل آن در تصویر افقی یعنی اینرسی حاصله در مقابل خمش دارد.

دیوارهای برشی به ندرت دیوارهای توپر می باشند زیرا غالباً در آنها سوراخ هایی برای پنجره و غیره تعبیه می شود که باعث ضعیف شدن آنها می گردد. تعداد، اندازه، و ترتیب قرار گرفتن این سوراخ ها ممکن است شدیداً در رفتار دیوار تأثیر داشته باشد.
اگر دیوار فقط دارای سوراخ های پنجره کوچک باشد تحت بار گذاری جانبی مثل دیوار تو پر رفتار می کند. بارهای زیاد وزن چنان فشاری در دیوار تولید می کنند که دوران (خمش) ایجاد شده در اثر باد هرگز قادر به غلبه کردن آن در طرف رو به باد نمی باشد.
با قرار دادن سوراخ های در دریک دیوار برشی داخلی به طور متناوب بطوریکه در آن دیوار به صورت واحد هایی تکرار می شود. نتیجه مشابه ای به دست می آید. اما در منتهی الیه دیگر که در آن سوراخ ها به صورت شکافی دیوار را به 2 واحد جدا تقسیم می کنند هر یک از واحد ها به صورت دیوار جداگانه عمل می نماید و نصف بار را تحمل می کند. در چنین حالتی به دلیل بارهای وزن بالنسبه کم امکان اینکه در دیوار کشش ایجاد شود کاملاً وجود دارد. همچنین برای دیوار برشی داخلی در جایی که پیوستگی در عرض کریدور فقط بوسیله دال کف تامین می شود، با اطمینان می توان فرض نمود که قسمت دیوار به صورت جداگانه و انفرادی عمل می کنند ولی به علت وزن مرده بیشتر ممکن است در اثر باد کشش ایجاد نشود. تعیین رفتار سیستم دیواری که بین حالت های منتهی الیه مورد بحث در بالا قرار دارد نسبتاً مشکل است. رفتار این سیستم های دیواری بستگی به مقدار صلبیت ایجاد شده بوسیله قسمت های فوقانی و تحتانی پنجره ها (یا درها) در مقابل برش قائم دارد. دیوار را ممکن است به صورت دو قطعه جدا تصور نمود که موقع مقاومت کردن بارهای جانبی تا حدودی روی یکدیگر اثر متقابل دارند. در این بحث فرض شده است که دیوار های بار بر،تو پر و مسطح و در صفحه های قائم باشند. اما دیوارها ممکن است از شبکه ای از عناصر مورب یا اعضاء خطی ستونی در فواصل نزدیک تشکیل شده باشند. آنها  همچنین ممکن است منحنی شکل یا تاب دار و در صفحه های مایل قرار گرفته باشند.

سازه هسته برشی

سیستم دیوار خطی بار بر برای ساختمان های آپارتمانی که در آنها وظایف و نحوه استفاده ساختمان ثابت است، کاملاً مناسب می باشد. اما برای ساختمان های تجارتی و اداری حداکثر انعطاف پذیری در تقسیم بندی فضا لازم می باشد، از این رو در این ساختمان ها فضاهای باز و وسیع مطلوب است که بتوان آنها را به وسیله جدا کننده های متحرک تقسیم کرد. یک راه حل متداول این است که سیستم های قائم حمل و نقل و توزیع انرژی (مانند آسانسور، پله ها و مجراهای عبور وسایل مکانیکی) را یک جا جمع کرده تا بسته به اندازه و وظیفه ساختمان تشکیل هسته یا هسته هایی بدهند این هسته ها به عنوان سیستم های دیوار برشی مورد استفاده قرار می گیرند و پایداری جانبی لازم را برای ساختمان تأمین می کنند. به نظر می رسد که از لحاظ شکل و محل هسته در داخل ساختمان میچگونه محدودیتی وجود نداشته باشد. خصوصیات سیستم های هسته ی به قرار زیر می باشند:

 شکل هسته

• هسته باز در مقابل هسته بسته
• هسته تنها در مقابل هسته توام با دیوارهای خطی

تعداد هسته ها: هسته انفرادی در مقابل چندین هسته

محل هسته ها: داخلی در مقابل محیطی و در مقابل خارجی

ترتیب قرار گرفتن هسته ها: متقارن در مقابل نا متقارن

هندسه ساختمان به عنوان مولد شکل هسته: مولد مستقیم در هسته

مقابل مولد غیر مستقیم

هسته ها را می توان از فولاد بتن یا ترکیبی از هر دو ساخت. در هسته قابی فولادی برای رسیدن به پایداری جانبی مطلوب ممکن است از خر پای ویراندیل استفاده کرد. سیستم قاب ویرانديل نسبتا انعطاف پذیر است، از این رو فقط برای ساختمان های بالنسبه کوتاه به کار می رود. برای ساختمان های بلند تر در قاب ویراندیل از مهار بندی قطری (به صورت خر پای قائم) استفاده می شود تا سختی لازم می شود تا سختی لازم برای هسته به دست آید. مزیت هسته های قابی فو های قابی فو لادی در سوار کردن نسبتا سریع قطعات پیش ساخته می باشد.
از طرف دیگر هسته بتنی علاوه بر حمل بارها فضا را نیز محصور می کندو از لحاظ حفاظت در مقابل آتش هیچ گونه ملاحظه اضافی لازم نیست. فقدان شکل پذیری و قابلیت تغییر شکل پلاستیک بتن به عنوان یک ماده ساختمانی از لحاظ بار گذاری زلزله اشکال این نوع هسته ها می باشد هسته های برشی را می توان به صورت تیرهای بسیاری مجسم کرد که از زمین طره شده و بارهای جانبی را مقاومت می کنند بنابراین تنش های خمشی و برشی تولید شده در هسته با فرض اینکه تاب رفتار یک هسته تحت بارهای جانبی بستگی به شکل، درجه همگن بودن و صلبیت آن و جهت بار دارد. در هر طبقه سوراخ هایی در هسته وجود دارد و مقدار پیوستگی ایجاد شده به وسیله قسمت های فو قانی و تحتانی این سوراخ ها روی رفتار هسته اثر تعیین کننده اثر تعیین کننده دارد. هسته بخصوص تحت بار گذاری نا متقارن که پیچش ایجاد می کند ممکن است مانند یک مقطع باز عمل کند و قسمت بالای آن تاب بردارد. بنابراین در قسمت فوقانی هسته تنش های برشی پیچشی اضافی و در پای آن خمش جانبی و برش اضافی در بال ها تولید می شود.

سازه تیر دیواری

سیستم های فاصله گذاری و خر پای متناوب

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی
سیستم های دال مسطح:
سیستم های مرکب از دیوار برشی و قاب توأم با خرپا های کمر بندی صلب
سیستم های لوله ای در سازه برج
سیستم های فاصله گذاری و خر پای متناوب
در این بخش اساساً تیر های به ارتفاع طبقه که دهانه ها درجهت کو تاه ساختمان می پوشانید مورد نظر ما می باشد. تیرها که بر ردیف هائی از ستون ها در امتداد دیوارهای جی متکی می باشند ممکن است خرپاهای فولادی یا بتنی ، و یا دیوارهای بتنی تو پر باشند. متداول ترین سازه های تیر دیواری سیستم های فاصله گذاری و خرپاهای متناوب می باشند. خرپاها یک طبقه در میان به کار برده می شوند. این خرپاها دال های کف را هم در تار فوقامی و هم در تار تحتانی شان نگه می دارند. فضای آزادی که در طببقات متناوب یک در میان ایجاد می شود برای بعضی از انواع ساختمان ها که در طرح ریزی فضاهای آنها انعطاف پذیری لازم است سودمند می باشد. ساختمان متشکل از خرپاهای متناوب از سیستم فاصله گذاری خیلی سخت تر می باشد. در اینجا خرپاها در تمام طبقات بکار می روند، ولی بصورت متناوب قرار داده می شوند. با به کار بردن تیرهای دیواری به ارتفاع طبقه بطور متناوب، دال های کف فقط نصف فاصله بین خرپاها رامی پوشانند و فضاهای باز نسبتاً بزگی ایجاد می شود. این دال های کف از یک طرف روی تار فوقانی یک خرپا قرار دارند و از طرف دیگر از تار تحتانی خرپای بعدی که در طبقه بالا قرار دارد آویزان می شوند. طرز قرار گرفتن خرپاها در ارتفاع ساختمان تا حدودی شبیه طرح آجر کاری دیوارها می باشد. سیستم خرپاهای متناوب در موقع مقاومت بارهای افقی و قائم به نحو خیلی مؤثری عمل می کند. این روش در مورد ساختمان های بلند نسبت به قاب هایی که بطور معمولی مهار بندی شده اند در حدود 40 در صد کمتر فولاد مصرف کند. اتصالات  کمتری در محل ساختمان لازم دارد. این سیستم تاکنون برای ساختمان های تا حدود 30 طبقه به کار رفته است.

در سازه های تیر دیواری سیستم فاصله گذاری طبقاتی که دارای خرپا هستند، مانند قطعات صلب، فوق العاده سخت می باشند و به سختی تغییر شکل می دهند. .ولی طبقات باز (طبقاتی که دارای خرپا نمی باشند) فقط ازستون ها می توانند برای تحمل بار جانبی استفاده کنند.

تغییر شکل این ستون ها مشابه تغییر شکل ستون های یک قاب صلب معمولی می باشد. همه در سیستم خرپای متناوب فرض می شود که دال های کف مانند دیافراگم های افقی بی نهایت سخت عمل کنند، از این رو نقاط واقع در روی هر یک از کف ها تغيير مكان افقی مساوی خواهند داشت. بنابراین قاب های خرپایی مجاور یکدیگر مجبورند که مشتركاً بصورت واحد عمل کنند. به عبارت دیگر از جمع تغییر شکل های جداگانه دو قاب مجاور بطور تقریبی حالت تغییر شکل یافته تمام سیستم بدست می آید. تغییر شکل ساختمان مشابه تغییر شکل یک تیر طره ای صلب می باشد. منحنی تغییر شکل ساختمان نشان می دهد که لازم نیست ستون ها برای لنگرهای خمشی در امتداد جهت کوتاه ساختمان طرح کردند. بنابراین دال های کف که مانند دیافراگم های صلب عمل می کنند تمام برش ناشی از باد (یا به طور کلی بار های جانبی) را به خر پاها منتقل می کنند و این خرپاها به نوبه خود بارها را به صورت نیروهای محوری به ستون ها انتقال می دهند. چون خر پاها باید برش قائم را مقاومت کنند. هر گونه بازشدگی در تیر های دیواری در آنها تغییر شکل ایجاد می کند و باعث کاهش صلبیت تیرها می گردد. ستون های خارجی را می توان چرخاند به طوری که جان آنها عمود بر خرپا قرار بگیرد تا بدین وسیله از محور های قوی آنها برای مقاومت نیرو های بار در جهت طولی استفاده شود. سختی جانبی در جهت طول ساختمان را می توان به طرق مختلف از جمله اضافه کردن قطعات سازه ای پیش ساخته در بالا و پایین پنجره ها افزایش داد.

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی

1- سیستم های مرکب از قاب مفصلی و دیوار برشی

2- سیستم های مرکب از قاب مفصلی، قاب ویراندیل و دیوار برشی

3- سیستم های مرکب از قاب صلب و دیوار برشی

*تغییر شکل حالت برش قاب صلب

* تغییر شکل حالت خمش دیوار برشی

*تاثیر متقابل قاب و هسته برشی

سیستم های قالب صلب خالص برای ساختمان های مرتفع تر از 30 طبقه عملی نمی باشد. در چنین مواردی یکی از انواع دیوار برشی نیز در قاب به کار برده می شود تا بارهای جانبی را مقاومت کند. دیوارهای برشی یا بتنی می باشند یا از مهار بندی فولادی مشبک (خرپایی) تشکیل می گردند. این دیوارها ممکن است هسته های داخلی، بسته مانند هسته های دور محوطه های آسانسورها و پله ها، یا دیوارهای موازی در داخل ساختمان، و یا خرپاهای نمایی قائم باشند؛ شکل های گوناگون نقشه های افقی، راه حل های مختلف ممکن را سیستم های هسته ای در  برای طرح های افقی نشان دهند می ارتباط با فرم ساختمان از نقطه نظرهای زیر طبقه بندی شوند.

*محل و موقعیت هسته ها های نمایی خارجی

هسته های نمایی خارجی

هسته های داخلی: هسته هایی نمایی،هسته ها در داخل ساختمان

هسته های خارجی از مرکز

*تعداد هسته ها
هسته های منفرد
هسته های شکافته
هسته های چندتایی

* شكل هسته ها
شکل های بسته: مربعي، مستطيلي دایره ای و مثلثی

شکل های باز: x شکل، I شکل و ناودانی شکل

شکل هایی که از فرم ساخمان الهام می گیرند.

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی بر اساس رفتارشان تحت بارگذاری جانبی دسته بندی می شوند که ممکن است یک از سه نوع زیر باشند.

1- سیستم های مرکب از قاب مفصلی و دیوار برشی

در این سیستم چون اتصالشان تیرهای قاب به ستون ها مفصلی می باشد، قاب فقط می تواند بارهای وزن را تحمل کند. دیوار برشی تمام بارهای جانبی را مقاومت می کند

2- سیستم های مرکب از قاب مفصلی، قاب ویراندیل و دیوار برشی

نیروهای جانبی به وسیله دیوار برشی و قاب صلب (یعنی قاب ویراندیل) مشترکاً مقاومت می گردند. قاب های داخلی و قاب های نمایی طولی فقط بارهای وزن را تحمل می کنند.

 3- سیستم های مرکب از قاب صلب و دیوار برشی

به کار بردن فقط دیوارهای برشی به منظور جذب بارهای جانبی برای ارتفاعات بیش از 500 فوت غیر عملی می باشد. برای اینکه هسته ها به ها به اندازه کافی قوی باشند باید ابعاد آنها خیلی بزرگ انتخاب شود که در این صورت دیگر برای دستگاه های حمل و نقل قائم و توزیع انرژی مناسب نخواهند بود. به علاوه تغییر شکل آنها ممکن است چنان زیاد باشد که در دیوارهای جدا کننده و پنجره ها ترک ایجاد کند و یا حتی در ساکنین ساختمان واکنش های روانی ناگوار به وجود آورد. با کار بردن قاب صلب که برای مقاومت نیروهای جانبی با یوار برشی سهیم می شود بر صلبیت جانبی ساختمان به مقدار زیادی افزوده می گردد. تغییر شکل کل سیستم های متشکل از دیوار برشی و قاب صلب که روی یکدیگر روی یکدیگر اثر متقابل دارند با جمع کردن حالت های تغییر شکل جداگانه دیوار و قاب بدست می آید. تغییر شکل حالت برش قاب صلب توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در پای ساختمان در جایی که بیشترین برش اثر می کند حداکثر می باشد. تغییر شکل حالت خمش دیوار برشی ممکن است یک دیوار بتنی توپر یا یک خر پای فولادی قائم باشد.این دیوار برشی ممکن است یک هسته داخلی، دیوار های داخلی،دیوار های داخلی موازی و یا یک دیوار نمایی باشد. دیوار برشی مانند یک تیر طره ای قائم کند عمل می و مانند آن خم می شود. توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در بالای ساختمان حداکثر می باشد و این دلالت بر این قسمت ساختمان دیوار برشی در ایجاد سختی کمترین سهم را دارد.
تاثیر متقابل قاب و هسته برشی برای یافتن اثر متقابل قاب و دیوار برشی تغییر شکل های دو حالت فوق را با هم جمع می کنیم که یک منحنی s کشیده حاصل می شود. به علت خصوصیات تغییر شکلی مختلف دیوار برشی و قاب، دیواربرشی به وسیله قاب در قسمت بالای ساختمان به عقب کشیده می شود و در قسمت پایین ساختمان به جلو رانده می شود از این رو برش ناشی از باد (یا زلزله) در قسمت بالای ساختمان اساساً به وسیله قاب و در قسمت پایین ساختمان اساسا به وسیله دیوار برشی گرفته می شود.

سیستم های دال

مسطح سیستم های دال مسطح شامل دال های بتنی کاملاً توپر و یا حجره ای (با حفره هائی در زیر آنها) می باشند که مستقیماً روی ستون ها تکیه دارند و از این رو در این سیستم احتیاج به قاب بندی کف نیست. این سیستم منجر به کمترین ارتفاع ای کف های ساختمان می گردد که یک برتری اقتصادی آشکار باشد. در این سیستم ها به دلیل تمرکز زیاد برش در ی ستون ها غالبا یا از سر ستون ها استفاده می شود و بر ضخامت دال ها در نزدیکی ستون ها اضافه می گردد. دال هایی که ضخامت آنها در تمام طول دهانه ثابت است به نام صفحه های مسطح خوانده می شوند. سیستم های دال مسطح برای ساختمان های با نقشه افقی نا منظم قابل وفق و مناسب می باشند بعضي از اشکالات سیستم های دال مسطح از قرار زیر می باشند:

*بار مرده زیاد در هنگام مواجهه با شرایط نا مساعد فونداسیون نا مطلوب است.

*وقتی که نسبت عمق به دهانه دال ها کوچک باشد تغییر شکل آنها بیش از اندازه بنظر می رسد.

* دهانه های نسبتاً کوچک این سیستم ها بین 15 تا 25 فوت و اگر پس کشیده شود تا 35 فوت کار برد آنها را برای انواعی از ساختمان ها با طرح جدا کننده های مکرر،مانند ساختمان های آپارتمانی ، محدود می کند.

سازه های دال مسطح بسته به نسبت ارتفاع به عرض ساختمان ممکن است به عنوان عناصر باربر فقط ستون داشته باشند، یا ممکن است علاوه بر ستون از دیوارهای برشی نیز برای ازدیاد سختی جانبی در آنها استفاده می شود. فرض اینکه بارهای جانبی به وسیله هسته یا دیوار برشی با صلبیت بیشتر مقاومت اینکه دال ها و ستون ها در مقاومت جانبی سازها هیچ سهمی ندارند واقع بینانه نیست، شود. خصوصیت یکپارچگی سازه بتنی باعث می شود که تمام ساختمان در مقابل بارهای جانبی به صورت واحد واکنش نشان هنده دال مسطح خودش با وجود اینکه نسبتاً انعطاف پذیری می باشد به دلیل پیوستگیش با دیوار های برشی و ستون ها بر مقاومت سیستم می افزاید. می توان چنین تصور نمود که قسمتی از دال به صورت تیر کم عمقی پیوسته به ستون ها عمل کند و در نتیجه سازه مانند یک قاب صلب رفتار نماید. بنابراین رفتار سیستم سازه کلی مشابه رفتار سیستم مرکب از و قاب می باشد . نیروهای جانبی در قسمت بالای سازه اساساً به وسیله عمل قاب و در قسمت پایین آن اساساً وسیله سیستم دیوار برشی یا هسته مقاومت می شوند.

سیستم های لوله ای در سازه برج

در طرح سازه های بلند اخیرا ایده جدیدی ارائه شده است که موسوم به سیستم لوله ای می باشد. در حال حاضر در چهار از پنج ساختمانی که بلندترین ساختمان های دنیا می باشند، از این روش استفاده شده اند. این ساختمان ها عبارتند از، ساختمان هنکاک برج سیرز و ساختمان استاندارد اویل در شیکاگو و ساختمان مرکز تجارت دنیا در نیویورک بازده سازه ای سیستم های لوله ای به قدری زیاد می باشد که در اکثر موارد مقدار مصالح سازه ای مصرف شده برای هر فوت مربع کف (يا سقف) قابل مقایسه با مقدار مصالح مصرف شده در ساختمان های قابی متداول به ارتفاع نصف می باشد در طرح الوله ای فرض می شود که عناصر سازه ای پیرامونی ساختمان در مقابل بارهای جانبی همچون یک تیر با مقطع صندوقی (جعبه ای) تو خالی که از زمین طره شده است عمل کند. چون یوارهای خارجی تمام یا بیشتر بار جانبی را تحمل می کنند مهار بندی های قطری یا دیوارهای برشی داخلی پر هزینه حذف می گردند. دیوارهای لوله از ستون هایی تشکیل می شوند که به فواصل کم در مجاورت یکدیگر در اطراف محیط ساختمان قرار می ی گیرند و به یکدیگر با تیرهای با عمق زیاد که در بالا و پایین آنها سوراخ های پنجره قرار دارند متصل می شوند این سازه نمایی همچون دیواری با سوراخ های متعدد به نظر می رسد سختی دیوار نما را می توان با افزودن مهار بندی های مورب (قطری) که اثر خر پا مانند ایجاد می کنند زیاد تر نمود. صلبیت لوله چنان زیاد است که در مقابل بارهای جانبی به صورت یک تیر طره ای عمل می کند. لوله خارجی می تواند به تنهایی تمام بارهای جانبی را تحمل کند یا اینکه با افزودن نوعی مهار بندی داخلی می توان لوله را بیشتر تقویت نمود و سخت تر کرد. در زیر کار بردهای مختلف سیستم لوله ای که تا امروزه به کار رفته اند بررسی می گردند. این بخش به موضوع های زیر تقسیم می شود:

کاربردهای مختلف سیستم لوله ای

* سازه لوله توخالی در ساخت برج لوله قابی لوله خر پایی شامل:

سازه لوله توخالی در ساخت برج

لوله قابی

• لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری
• لوله خر پایی مشبک

برج با سازه لوله با مهار بندی داخلی

لوله با دیوارهای برشی موازی

لوله در لوله

لوله اصلاح شده شامل

• لوله قابی توأم با قاب های صلب
• لوله در نیم لوله

لوله های دسته شده
سازه لوله توخالی در ساخت برج

 لوله قابی

لوله خرپایی:

لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری

لوله خرپایی مشبک

لوله قابی

کاربرد نخستین سیستم لوله ای قابی بود که برای اولین بار در ساختمان آپارتمانی 43 طبقه دویت چست نات در شیکاگو (1961) به کار رفت. در این سیستم لوله ای دیوار های خارجی سا ختمان از شبکه ای از تیرهای نزدیک به هم تشکیل می شود که با اتصالات صلب به یکدیگر متصل می باشند (به صورت قاب ویراندیل) و این دیوارهای خارجی به توسط عمل لوله طره شده بدون استفاده از مهار بندی داخلی بارهای جانبی را تحمل می کنند. فرض می شود که ستون های داخلی فقط بارهای وزن را تحمل می نمایند و در سختی لوله خارجی سهمی ندارند. کف های سخت طبقات همچون دیافراگم نیروهای جانبی را به دیوارهای پیرامونی توزیع می کنند.

مثال های دیگری از ساختمان هایی که در آنها از لوله قابی تو خالی استفاده شده عبارتنداز: ساختمان 83 طبقه استاندارد اویل در شیکاگو و ساختمان 110 طبقه مرکز تجارت دنیا در نیویورک با وجود اینکه این ساختمان ها دارای هسته داخلی می باشند مانند لوله های تو خالی عمل می کنند زیرا هسته ها در آنها برای تحمل بارهای جانبی طرح نگردیده اند. الوله ویراندیلی بطور منطقی از سازه قاب صلب معمولی نتیجه می شود و در حقیقت تکامل یافته آن می باشد. این سیستم دارای سختی جانبی و مقاومت پیچشی بالا می باشد و در عین حال از لحاظ تقسیم بندی فضای داخل آن انعطاف پذیر است. ستون ها و تیرها در شبکه به قدری نزدیک یکدیگر و با فاصله کم قرار داده می شوند که می توان از آنها به عنوان چهار چوب یا قاب پنجره ها استفاده نمود.
در طرح سیستم های لوله ای قابی ایده آل آن است که یوارهای خارجی به صورت واحد و مشترک عمل کنند و در مقابل بارهای جانبی کاملا مانند یک تیر طره ای خم شوند در چنین حالتی تمام ستون هایی که لوله را می سازند، مشابه تارهای یک تیر، تحت کشش یا فشار محوری مستقیم خواهند بود. اما رفتار واقعی لوله در جایی ما بین رفتار تیر طره ای خالص 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 این انعطاف پذیری باعث می شود که در قاب تغییر شکل های ناشی از برش ایجاد شود که به نام لنگی برش خوانده می شود. بنابراین در ستون ها و تیرها خمش بوجود می آید. اثر تغییر شکل برشی در روی عمل لوله منجر به توزیع غیر خطی فشار در امتداد پوش ستون ها امتداد پوش ستون ها می گردد، ستون هایی که در گوشه های ساختمان واقع شده اند مجبور می باشند سهم بیشتری از بار را نسبت به ستون های ما بین آنها تحمل کنند. تغییر شکل کل ساختمان دیگر شباهت به تغییر شکل تیر طره ای نخواهد داشت زیرا تغییر شکل حالت برش اهمیت بیشتری پیدا می کند . مسئله برش شدیداً در روی کار آیی سیتم های لوله ای تأثیر می گذارد و تمام پیشرفت های بعدی در طرح لوله ای سعی بر طرف نمودن این اشکال دارد. چنین به نظر می رسد که روش لوله قابی برای ساختمان های فولادی تا 80 طبقه و برای ساختمان های بتنی تا 60 طبقه اقتصادی باشد.

لوله خرپایی

ضعف لوله قابی در انعطاف پذیری تیرهای آن قرار دارد. با اضافه نمودن عناصر مورب (قطری) به مقدار زیادی بر صلبیت لوله افزوده می گردد. در این صورت قسمت عمده برش به وسیله عناصر قطری جذب می شود نه به وسیله تیرهایی که در بالا و پایین آنها پنچره قرار دارد. اعضاء قطری مستقیماً بارهای جانبی را اساساً به صورت نیرو های محوری تحمل می کنند. کاهش تغییر شکل برشی (ناشی از لنگی برش رفتار) خالص طره ای را تامین می کند.

لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری

در این سیستم از عناصر قطری در داخل شبکه مستطیلی تیرها و ستون ها استفاده می شود. عناصر قطری و تیرها با یکدیگر در مقابل بارهای جانبی صلبیت دیوار مانندی بوجود می آورند.
این اعضاء قطری نه فقط قسمت اعظم بارهای جانبی را حمل می کنند بلکه همچون ستون های مایل عمل می نمایند و بار های وزن را نیز تحمل می کنند.

معمولاً کشش ایجاد شده در اثر بار های جانبی بر فشار تولید شده در اثر بارهای ورن غالب نمی آید. وظیفه دوگانه اعضاء قطری این سیستم را برای ساختمان های خیلی بلند (تا حدود 100 طبقه برای ساختمان های فولادی) نسبتاً پر بارده می سازد. استفاده از عناصر قطری موجب می شود که بتوان فاصله ستون ها را خیلی بیشتر از فاصله ستون ها از فاصله ستون ها در لوله قابی اختیار کرد.

یک ویژگی اصلی این سیستم قابلیت آن در توزیع یکنواخت بارهای متمرکز در سراسر سازه می باشد.
تیرها بارهای وزن بین ستون ها را حمل می نمایند و هارهایی از کشیده شدن کف ها جلوگیری کنند می بدین طریق آنها بر کار آیی عناصر قطری به عنوان سیستم اصلی توزیع بار می افزایند. روش جالبی برای ایجاد عناصر قطری در دیوارهای خارجی بتنی در پروژه تحصیلی یکی از دانشجویان انستیتوی تکنولوژی ایلی نوی پیشنهاد شده است. در آن عناصر قطری با پر نمودن سوراخ های ی پنچره در یک طرح مورب بوجود می آید.

لوله خرپایی مشبک

در این سیستم ، لوله از عناصر مورب نزدیک بهم بدون هیچ ستون قائمی ساخته می شود. اعضاء مورب مانند ستون های مایل عمل می کنند، تمام بارهای وزن را حمل می نمایند و سازه را در مقابل بارهای جانبی سخت تر می سازند.

عناصر مورب را ممکن است به وسیله تیرهای افقی به یکدیگر متصل کرد. عناصر مورب در مقابل بار های جانبی فوق العاده پر بازده می باشند ولی در انتقال بارهای وزن به زمین نسبت به ستون های قائم بازده کمتری دارند. بعلاوه تعداد زیاد اتصالاتی که بین این عناصر مورب لازم می باشد و مشکلات مربوط به جزئیات پنجره ها سیستم خرپای مشبک را به طور کلی چندان عملی و قابل استفاده نمی سازد.

برج با سازه لوله با مهار بندی داخلی لوله با دیوارهای برشی موازی

• لوله با دیوار های برشی موازی
• لوله در لوله
• لوله اصلاح شده
• لوله های دسته شده

لوله خارجی را ممکن است با افزودن عناصر قطری در صفحه های خارجی تقویت نمود و یا آن را از داخل با آن را از داخل با اضافه نمود دیوار های برشی یا هسته های داخلی تقویت کرد. در قسمت های زیر چند روش برای مهار بندی داخلی بررسی می گردند.

لوله با دیوارهای برشی موازی

دیوار لوله ای خارجی را می توان با ترکیب نمودن دیوارهای برشی داخلی در نقشه افقی سازه تقویت کرد. دیوار های لوله خارجی را می توان مانند بال های یک تیر تشکیل شده از متصل به هم از این تجسم نمود که در آن دیوارهای برشی جان تیر را تشکیل می دهند. تنشها در دیوارهای لوله اساساً محوری می باشند زیرا لنگی برش در این سیستم اعضاء خارجی حداقل می باشد.

لوله در لوله

با به کار بردن هسته نه فقط برای بارهای وزن بلکه همچنین برای تحمل بارهای جانبی سختی سیستم لوله تو خالی به مقدار خیلی زیادی افزایش می یابد. سازه کف لوله های خارجی داخلی را به یکدیگر متصل می کند و همگی در مقابل نیرو های جانبی به صورت واحد و مشترک عمل می نمایند. واکنش یک سیستم لوله در لوله در مقابل بار های جانبی مشابه واکنش ساده مرکب از قاب صلب و از قاب صلب و دیوار برشی است. لوله قابی خارجی خیلی سخت تر از قاب صلب می باشد. لوله خارجی بیشتر بار جانبی را در قسمت بالا ساختمان مقاومت می کند، در صورتی که هسته بیشتر بار را در پائین ساختمان تحمل می نماید. روش لوله در لوله در ساختمان 38 طبقه برانسویک در شیکاگو و ساختمان 52 طبقه شماره 1 میدان شل در هوستون به کار رفته با به کار بردن یک سیستم سه لوله ای تو در تو طراحان یک ساختمان 60 طبقه اداری در توکیو سیستم لوله در لوله را یک قدم به جلو بردند. در این سیستم لوله خارجی به تنهایی بارهای باد را تحمل می نماید، ولی هر سه لوله که بوسیله سیستم های کف (دیافراگم ها) به یکدیگر متصل شده تحمل بارهای زلزله که عامل مهمی در ژاپن می باشد شرکت کرده و روی یکدیگر اثر متقابل دارند.

لوله اصلاح شده

سیستم لوله ای در مورد ساختمان های با نقشه افقی دایره و تقریبا مربع بیشترین بازده را دارد. ساختمان هایی که از سیستم های لوله ای ملاحظات سازه ای ویژه ای را لازم دارند. دو مثال زیر چنین شرایطی را تشریح می کند.

لوله قابی توأم با قاب های صلب

شکل شش ضلعی ساختمان 40 طبقه اداری در شارلوت واقع در ایالت کارولاینای شمالی طراحان را وادار کرد تا روش لوله ای را اصلاح کنند، گوشه های تیز این ساختمان شش ضلعی لنگی برش زیادی را نشان داد که استفاده موثر از سیستم لوله ای را غیر ممکن می ساخت اضافه نمودن قاب های صلب در جهت عرض ساختمان موجب گردید که دیوارهای خارجی به یکدیگر متصل شوند، بدین ترتیب دیوارهای انتهایی در دو انتهای مثلثی شکل ساختمان به وسیله قاب های صلب تقویت گردیدند. با متصل کردن و بستن دیوار های پیرامونی به یکدیگر سیستم لوله ای موثری بدست آمد.

لوله در نیم لوله

نقشه افقی نا منظم ساختمان 32 طبقه بانک ملی و ستون پنسیلوانیا در پیتسبورگ موجب راه حل ویژه دیگری در طرح ای گردید، در اغلب ساختمان های لوله ای عمل لوله ای لوله به وسیله دیوار های خارجی ایجاد می گردد اما در این ساختمان، دو هشت ضلعی متقاطع یک لوله سازه ای در قسمت مرکزی ساختمان تشکیل می دهند. دو قسمت انتهایی ساختمان به وسیله سیستم های قاب دیواری ناودانی شکل تقویت می شوند نیروهای جانبی (در اینجا باد) مشترکا به توسط لوله داخلی و دیوارهای انتهایی ناودائی شکل بسیار بزرگ مقاومت می گردند.

لوله های دسته شده

آخرین پیشرفت در طرح روش لوله های دسته شده می باشد. روش برای ساختمان سیرز در شیکاگو به کار برده شده که حال حاضر بلندترین ساختمان دنیاست. لوله قابی خارجی در این روش به وسیله دیافراگم های عرضی داخلی در هر دو جهت تقویت می گردد. بدین ترتیب مجموعه ای از لوله های حجره ای تشکیل میشود. هر یک از این لوله های مستقلاً قوی هستند، بنابراین ممکن است آنها را به را به هر شکلی دسته کرد و در هر ترازی قطع نمود.برتری دیگر سیستم لوله های دسته شده در محصور کردن سطوح بسیار وسیع طبقات قرار دارد.

دیافراگم های داخلی در موقع مقاومت نیروهای برشی مانند جان های یک تیره طره ای عظیم عمل می کنند و در نتیجه لنگی برش را به حداقل می رسانند حداقل می رسانند. به علاوه این دیافراگم ها در تحمل خمش نیز سهیم می باشند. دیافراگم هایی که موازی بارهای جانبی هستند (یعنی جان های تیر) برش را جذب می کنند و در نتیجه در نقاط تلاقی با دیوارهای عمود بر آنها (یعنی بال ها) نقاط شش حداکثر ایجاد می شود که نشان دهنده عمل جداگانه هر یک از لوله ها می باشد به اختلاف توزیع تنش محوری با حالتی که هیچ تقویت کننده داخلی وجود ندارد یعنی فقط یک لوله تنها باشند توجه کنید با وجود اینکه تا حدودی لنگی برش رخ می دهد، دیافراگم های قائم سعی بر توزیع یکنواخت تنش های محوری دارند. ولی انحراف از رفتار لوله ای ایده آل که با خطوط منقطع در شکل نشان داده شده به نظر نمی رسد که قابل ملاحظه باشد.

* ساختمان های مرکب یا پیوندی

* ساختمان های مرکب لوله ای

*پوشش دیواری صفحه ای

ساختمان های مرکب یا پیوندی ای

در سازه پیوندی که از پیشرفت های اخیر به منظور ازدیاد سختی جانبی آسمان خراش های قابی می باشد بتن و فولاد مشتركاً به عنوان واحد سازه ای عمل می کنند. این ایده چندین سال است که در مورد اعضاء سازه سازه ای مانند کف ها وستون ها به کار رفته است اما طرح تمام ساختمان بصورت مرکب روش کاملا جدیدی به شمار می رود. در زیر دو راه حل متمایز به عنوان مثال هایی از کار برد این روش ارائه می شود.

ساختمان های مرکب لوله ای در سیستمی که به وسیله شرکت اسکیدمور، اوبنگز و مریل طرح و تکمیل شده است قاب فولادی خارجی در مقابل تغییر شکل جانبی به وسیله دیوار پیرامونی مشبک (سوراخ دار) بتنی ریخته شده در محل تقویت می گردد. ساختمانی که بدین ترتیب بر پا می شود شباهت به لوله صلبی دارد که از زمین طره شده باشد. در این روش اجرای سریع و مقاومت زیاد (و در نتیجه انعطاف پذیری فضای داخل ساختمان فولادی با محفوظ از آتش بودن، عایق بندی، صلب جانبی ، و قالب پذیری دیوار خارجی بتنی ترکیب می شود. این سیستم در ساختمان 36 طبقه گیت وی-3 در شیکاگو ساختمان 50 طبقه برج شماره 1 میدان شل در نیواورلئان و ساختمان 24 طبقه سی-دی-سی در هستون که در آن قطعات پیش ساخته نما بعنوان قالب بندی بتن ریخته شده در محل به کار رفتند، مورد استفاده قرار گرفته است.

روش اجرای این سیستم بدین ترتیب است که ابتدا قاب فولادی اندازه 8 تا 10 طبقه بالا آورده می شود. ستون های خارجی به  باید بارهای اجرایی را تحمل کنند. برای تأمین پایداری جانبی، قاب خارجی به طور موقت بوسیه کابل مهاربندی می شود. سپس فولادهای کف در محل قرار می گیرد و بتن کف ریخته می شود تا پایداری اسکلت فولادی تأمین گردد و بتوان کار داخل ساختمان را شروع کرد. بعد از اینکه شبکه های فولادی بتن مسلح و قالب های بتن در اطراف ستون ها و برای شاه تیرها در محل قرار داده شد، بتن ریخته می شود تا یک دیوار محیطی پیوسته مشبک (سوراخ دار) تشکیل گردد. این سلسله اما عملیات در هر 8 تا 10 طبقه ساختمان تکرار می شود.

اما اختلاف حرکت بین ستون های خارجی بتن – فولادی و ستون های داخلی فولادی مشکلی ایجاد می کند، برای اینکه کوتاه شدن نامساوی ستون ها در اثر رفتار ارتجاعی، ارتجاعی، انقباض و خزش برطرف شود در جا گذاری شاه تیر ها باید تعدیلی صورت گیرد. چون جدار لوله ای در این سیستم همه بارهای جانبی را مقاومت می کند، ستون ها شاه تیرهای تشکیل دهنده قاب های هسته تأسیسات ضروری «آسانسور، آب، برق، گاز و غیره) می توانند سبک تر باشند زیرا آنها فقط بارهای وزن را تحمل می همچنین کف قابل استفاده خالص در طبقات بالا در آنها کنند. سطح هسته را می توان کاهش داد افزایش می یابد.

شرکت رید و تاریکس در سانفرانسیسکو سیستم ساختمانی مرکب الوله ای دیگری ابداع کرده است. آنها از شاه تیرهای فولادی نما و ستون های فولادی لوله ای پر شده با بتن به عنوان سازه استفاده می کنند. در این مورد نیز پوش ساختمان سختی کافی برای حمل تمام بارهای جانبی را تأمین می نماید. در این سیستم از قطعات پیش ساخته ای استفاده می شود که هر یک می شامل یک ستون لوله ای به ای به ارتفاع دو طبقه و دو شاه تیر فولادی طره ای می باشد. این قطعات پیش ساخته در وسط دهانه شاه تیرها و در وسط ارتفاع ستون ها به یکدیگر پیچ کرده شود. از لحاظ بار گذاری جانبی این نقاط اتصال تحت کمترین تنش می باشد پیوستگی طبیعی شاه تیرها در محل ستون ها که تنش ها بیشترین مقدار را دارند از بین نمی رود، شاه تیرها در ستون ها فرو می روند و فقط جان آنها به لوله متصل می شود. بدین ترتیب از تعداد اتصالات ساختمان که تحت تنش های زیاد می باشند به مقدار زیادی کاسته می شود.
پوشش دیواری صفحه ای روی دیوارهای خارجی سازه های قابی فولادی معمولاً قطعات پیش ساخته دیواری متصل می گردد،این قطعات نا سازه ای می باشند و منحصرا برای حفاظت در مقابل محیط خارج ساختمان به کار روند.
میس فان در در روهه یکی از اولین آرشیتکت هایی بود که روکش (پوشش) فولادی در سازه نمای ساختمان های بلند استفاده کرد، در یک ساختمان آپارتمانی، او از صفحات فولادی رنگ شده به ضخامت 5 16 اینچ برای پوشاندن بتن محافظ قاب فولادی در مقابل آتش سوزی اسفاده نمود. موقعی که پوشش فولادی به توسط بر آمدگی های میخ شکلی به بتن مسلح متصل می گردد، نه فقط در مقابل هوا ، قاب پنجره و نمایش معماری مطلوب بوجود می آورد بلکه سختی سازه ای نیز ایجاد می اغلب سازه های قاب صلب، قسمت اعظم مقاومت اعظم مقاومت در مقابل تغییر مکان جانبی به وسیله شاه وسیله شاه تیرها ایجاد می شود. اما عمل مرکب پوسته فولادی و قاب متشکل از فولاد و بتن مسلح مقاومت جانبی را به قدری زیاد می کند که شاه تیرهای داخلی سختی کمتری لازم دارند. به علاوہ بدون افزایش وزن سازه، نوسان (تغییر مکان جانبی) ساختمان 20 تا 50 در صد کاهش می چون پوشش فولادی نسوز نمی باشد. آیین نامه استفاده از آن را برای تحمل بارهای وزن مجاز نمی دانند.

ساختمان های مرکب لوله ای

در سیستمی که به وسیله شرکت اسکیدمور، اوبنگز و مریل طرح و تکمیل شده است قاب فولادی خارجی در مقابل تغییر شکل جانبی به وسیله دیوار پیرامونی مشبک (سوراخ دار) بتنی ریخته شده در محل تقویت می گردد. ساختمانی که بدین ترتیب بر پا می شود شباهت به لوله صلبی دارد که از زمین طره شده باشد. در این روش اجرای سریع و مقاومت زیاد (و در نتیجه انعطاف پذیری فضای داخل ساختمان فولادی با محفوظ از آتش بودن، عایق بندی، صلب جانبی ، و قالب پذیری دیوار خارجی بتنی ترکیب می شود این سیستم در ساختمان 36 طبقه گیت وی- 3 در شیکاگو، ساختمان 50 طبقه برج شماره 1 میدان شل در نیواورلئان و ساختمان 24 طبقه سی-دی-سی در مستون که در آن قطعات پیش ساخته نما بعنوان قالب بندی بتن ریخته شده محل به کار رفتند، مورد مورد استفاده قرار گرفته است.

روش اجرای این سیستم بدین ترتیب است که ابتدا قاب فولادی به اندازه 8 تا 10 طبقه بالا آورده می شود. ستون های خارجی باید بارهای اجرایی را تحمل کنند. برای تأمین پایداری جانبی، قاب خارجی به طور موقت بوسیه کابل مهاربندی می شود. سپس فولادهای کف در محل قرار می گیرد و بتن کف ریخته می شود تا پایداری اسکلت فولادی تأمین گردد و بتوان کار داخل ساختمان را شروع کرد. بعد از اینکه شبکه های فولادی بتن مسلح و قالب های بتن در اطراف ستون ها و برای شاه تیرها در محل قرار داده شد، بتن ریخته می شود تا یک دیوار محیطی پیوسته مشبک (سوراخ دار) تشکیل گردد. این سلسله اما عملیات در هر 8 تا 10 طبقه ساختمان تکرار می شود.

اختلاف حرکت بین ستون های خارجی بتن – فولادی و ستون های داخلی فولادی مشکلی ایجاد می کند، برای اینکه کوتاه شدن نامساوی ستون ها در اثر رفتار ارتجاعی، انقباض و خزش برطرف شود .در جا گذاری شاه تیر ها باید تعدیلی صورت مقاومت می کند گیرد.

چون جدار لوله ای در این سیستم همه بارهای جانبی را ، ستون ها شاه تیرهای تشکیل دهنده قاب های هسته تأسیسات ضروری «آسانسور، آب، برق، گاز و غیره) می توانند سبک تر باشند زیرا آنها فقط بارهای وزن را تحمل می همچنین کف قابل استفاده خالص در طبقات بالا در آنها کنند . سطح هسته را می توان کاهش داد افزایش می یابد.

شرکت رید و تاریکس در سانفرانسیسکو سیستم ساختمانی مرکب لوله ای دیگری ابداع کرده است. آنها از شاه تیرهای فولادی و ستون های فولادی لوله ای پر شده با بتن به عنوان سازه استفاده می کنند در این مورد نیز پوش ساختمان سختی کافی برای حمل تمام بارهای جانبی را تأمین می نماید. در ین سیستم از قطعات پیش ساخته ای استفاده می شود که هر یک نما شامل یک ستون لوله ای به ارتفاع دو طبقه و دو شاه تیر فولادی طره ای می باشد. این قطعات پیش ساخته در وسط دهانه شاه تیرها و در وسط ارتفاع ستون ها به یکدیگر پیچ کرده می شود. از لحاظ بار گذاری جانبی این نقاط اتصال تحت کمترین تنش می باشد پیوستگی طبیعی شاه تیرها در محل ستون ها که تنش ها بیشترین مقدار را دارند از بین نمی رود، شاه تیرها در ستون ها فرو می روند و فقط جان آنها به لوله متصل می شود. بدین ترتیب از تعداد اتصالات ساختمان که تحت تنش های زیاد می باشند به مقدار زیادی کاسته می شود.