چکیده مقاله :

در این مقاله به آموزش مبحث کابل از سری مباحث سیستم های ساختمانی می پردازیم.به طور کلی به هر عضو سازه ای انعطاف پذیر که قطرش نسبت به طولش کم باشد  کابل می گوییم. از مهم ترین مزایای کابل می توان به امکان ایجاد فضای بدون ستون و امکان پوشش دهانه های بسیار بزرگ اشاره کرد و از مهم ترین معایب کابل می توان به این دو مورد اشاره کرد : کابل در سازه های کوچک مورد استفاده نیست و در برابر آتش یسیار حساس است.

نکته مهمی که باید در مورد کابل بدانیم رابطه افت با نیروی رانش کابل است که افت با نیروی رانش رابطه معکوس دارد . به طور کلی بسته به اینکه نیرو چگونه روی کابل توزیع شود،کابل ها به دو نوع متقارن و نامتقارن تقسیم می شوند.

تیترهای مقاله :

مقدمه (کابل چیست؟)

مزایای سیستم کابل

معایب سیستم کابل

انواع کابل : کابل متقارن و نامتقارن

افت و رانش کابل

چند ضلعی طنابی

انواع منحنی طنابی

نسبت افت به دهانه در منحنی طنابی

روابط کابل

آموزش سیستم ها، مبحث کابل:

در این ویدئو ،مبحث کابل از سری مباحث آموزش سیستم ها، توسط استاد محمدرضا حاجیان، تدریس می شود. این ویدئو، نمونه ای از دوره اموزشی آفلاین ایستایی و سیستم های ساختمانیِ استاد حاجیان  است.

مدت زمان ویدئو : ۳۴ دقیقه

همچنین برای مشاهده آموزش مبحث خمش می توانید به ویدئوی آموزش مقاومت، مبحث خمش مراجعه نمائید.

سیستم های ساختمانی- کابل :

مقدمه : به طور کلی به هر عضو سازه ای انعطاف پذیر که قطرش نسبت به طولش کم باشد  کابل می گوییم .بهترین نمونه های سیستم کابلی تارعنکبوت است . تار عنکبوت شبکه پایدار سه بعدی است که به طور قابل ملاحظه ای سبک و مقاوم است .

 

از موارد کاربرد کابل در ساختمان می توان به میله های باریک – سیم – رشته های فلزی – تیر اهن – میلگرد و … اشاره کرد.مقاومت کششی زیاد فولاد همراه با کارایی کشش ساده باعث می شود کابل فولادی به عنوان یک عنصر سازه ای ایده ال برای پوشش دهانه های بزرگ به کار برود .
 کابل یکی از اقتصادی ترین روش ها برای پوشاندن دهانه های بزرگ است . در سطح مقطع کابل،توزیع یکنواخت تنش وجود دارد؛ علاوه بر این کابل ها انعطاف پذیرند و این امر نمایانگر مقاومت خمشی محدود است. یعنی وقتی جسمی منعطف است، نسبت به جسم سخت، راحتر خم می شود و مقاومت چندانی در برابر خمش ندارد. 

مزایای سیستم کابل :

از مزایای سیستم ساختمانی کابل می توان به موارد زیر اشاره کرد :

– رفتار خالص کششی
– انعطاف پذیری در برابر نیروهای وارده (باعث کاهش مقاومت خمشی و اینکه تحت کشش باشند)
– امکان ایجاد فضای بدون ستون
– امکان پوشش دهانه های بسیار بزرگ
– فرم سازه ای ساده و پر بازده
– امکان ساخت پوشش های سبک روی دهانه های بزرگ (قابلیت پذیرش پوشانه های انعطاف پذیر)
– سبکی ، ظرافت و جذابیت دیداری

معایب سیستم کابل :

از معایب سیستم ساختمانی کابل می توان به موارد زیر اشاره کرد :

– لرزش و ارتعاش
– در سازه های کوچک مورد استفاده نیست . محدودیت در کاربرد کابل ها
مستقیما به این علت است که با تغییر بار شکل انها هم تغییر می کند .
(پوشش دهانه هایی با طول حداقل ۴۵ متر و حداکثر ۴۵۰ متر با سازه های کابلی امکان پذیر است)
– نگهداری پر هزینه
– در سازه های طبقه ای کاربرد ندارد .
– نمی توان برای ایجاد کف مسطح استفاده نمود .
– کابل ها در برابر اتش بسیار اسیب پذیرند و ضد اتش کردن آن ها سخت است .
– تکیه گاه منفرد و ناپیوسته که باعث تمرکز تنش در شالوده می شود .
– خیز بزرگی که از نظر سازه ای مناسب است ، به طور معمول از نظر عملکردی مناسب نیست زیرا اگر محصور باشد
به مقدار زیادی گرما ، تهویه و … نیاز است .
– لزوم فضای بیشتر در اطراف ساختمان برای پایین کشیدن عناصر مهاری و اتصال به زمین
– اگر نیاز به راه رفتن روی پوشش نهایی بام برای تعمیر و نگهداری منظم باشد سازه های کابلی مناسب نیست.

انواع کابل :

یه طور کلی از لحاظ شکل کابل در بارگذاری بر آن، دو نوع کابل داریم : کابل متقارن و نامتقارن .

کابل متقارن :

افت (خیز): فاصله عمودی بین تکیه گاه و پایین ترین نقطه در کابل را گویند.

 

– نیروی مایل در کابل در محل تکیه گاه به صورت ترکیب دو نیرو می باشد :

الف ) نیروی عمودی که نصف بار می باشد .
ب ) نیروی افقی کششی درونی که رانش نامیده می شود.

 

نکته خیلی مهم در مورد کابل:

با افزایش افت کابل ، مولفه افقی (رانش) کمتر می شود و مولفه قائم ثابت باقی می ماند .
– افت با نیروی رانش رابطه معکوس دارد .
– هر چه افت کابل بیشتر شود نیروی کشش در کابل کمتر می شود و بالعکس.
– کابل بدون افت نمی تواند بار را تحمل کند .
– سازوکار تحمل کابل ، بوسیله افت آن می باشد.

“افت با نیروی رانش رابطه معکوس دارد .”

 

نکته ۱ : جهت افزایش افت کابل بایستی به طول آن افزود و در نتیجه طول کابل افزایش می یابد ولی از کشش آن کاسته می شود و کاهش کشش کابل منجر به کوچک شدن سطح مقطع کابل (قطر کابل) خواهد شد و بالعکس.

نکته ۲ : حجم نهایی کابل (طول × سطح مقطع) برای افت های خیلی کوچک و بزرگ مقادیر قابل توجهی است و برای افت های متوسط مینیمم است .

سوال : در اشکال رو به رو با افزایش نسبت افت به دهانه ازبالا به پایین متغییر های زیر چه تغییراتی می کنند ؟

– طول کابل :
– قطر کابل :
– ارتفاع ستون :

کابل نامتقارن :

– به مرور وزنه را به سمت یکی از تکیه گاه ها نزدیک می کنیم و کابل از حالت تقارن خارج می شود.

مقایسه مولفه افقی و عمودی کابل در تکیه گاه ها :

چند ضلعی طنابی :

شکلی که کابل تحت تاثیر بارهای متمرکز به خودش می گیرد را چند ضلعی طنابی می گوییم.

اگر بتوان بر کابل تعداد نامتناهی از بارهای کوچک وارد کرد ، چند ضلعی طنابی تبدیل به منحنی طنابی می شود .هنگام بارگذاری یک کابل ، منحنی طنابی ای منحنی مطلوب است که کمترین مصالح و کمترین هزینه را داشته باشد.

انواع منحنی طنابی :

الف ) سهمی : بار گسترده با فواصل افقی مساوی در طول افقی دهانه

ب ) بیز : بار گسترده با فواصل مساوی در طول کابل (تحت بارگذاری یکنواخت روی عضو معلق کششی)
– اگر نسبت دهانه به خیز بیشتر از ۵ شود بیز و سهمی شبیه هم می شوند .
– واژه زنجیرواره همچنین برای هر عضو معلق منحنی که در طول آن بارگذاری
شده نیز به کار می رود .
– فرم طبیعی کابل تحت تاثیر وزن خودش را بیز (زنجیرواره) می گویند.

 

 

نسبت افت به دهانه در منحنی طنابی:

– برای بار متمرکز وسط دهانه افت مناسب ، نصف طول دهانه است .

– افت بهینه برای یک کابل سهموی برابر ۳.۰ دهانه و برای بیز حدود یک سوم دهانه است .
– این نسبت ها اغلب غیر عملی هستند ، بنابراین نسبت خیز به دهانه نزدیک ۱۵:۱ یا
بیشتر مورد استفاده است .
– افت مناسب برای سقف های ساختمان ها ۸:۱ تا ۱۰:۱ دهانه است .
– برای پل های معلق بهترین افت حدود یک دوازدهم است .

 

 

 

سوال : پل معلق زیر مقابل شبیه به کدام نوع منحنی طنابی می باشد ؟

روابط کابل :

– کشش در یک کابل تابعی از طول دهانه ، افت (خیز) و بار است .فرمول کابل :     

سوال : با نصف کردن افت ، کشش کابل چند برابر می شود ؟

 

 در مقاله بعدی به تقسیم بندی انواع سازه های کابلی می پردازیم.