د ساختمانی ودانیو تحلیل او ډیزاین
Structural Analysis and Design
۱.۱) پیژندنه (Introduction):
د ساختمانی ودانیو ډیزاین چی تحلیل یی تر ټولو مهمه برخه ده معمولا د کمپیوټری پروګرامونو پوسیله ترسره کیږی. ددی کار مصؤنیت او مؤثریت هغه وخت ترلاسه کیدائ شي چې د کمپیوټر کارونکی د کمپیوټري پروګرامونو په مفاهیمو، اصولو، او فرضیو باندې ښه پوه او پوره حاکمیت ولري. دغه ډیر مهم او اړین دي، نو ددې امله ډیزاینران همدغه پوهه او هنر د ځنو ساده او اسانه میثودونو له لارې چې د عین مفهوم، اصل او فرضیې پر بنسټ ولاړ وي د څیړنې او تمرین له لارې زده کوي. د بیلګې په توګه تعادل، د انرژۍ قضیه، د موادو الاستیک او الاستو- پلاستیکي رفتار او د هغو ریاضیکي موډل جوړول.
لاسي محاسبې او تحلیلونه برسیره پردې چې د علمي کچې او ادراک د لوړاوي لپاره موږ د ښه میکانیزم سره آشنا کوي، د لمړني ډیزاین لپاره هم د ښه اټکلیز حل او د کمپیوټري محاسبې د پایلو د کتنې او ارزونې ښې لارې چارې را ښيي.
پدې کتاب کې به ټول هغه میثودونه تشریح شي چې په ورځنیو ډیزاینونو کې ترې کار اخیستل کیږي، لکه د قطع میثود، د جانیټ (بند) میثود، واحد بار میثود، مومنټ ویش میثود او پلاستیکي تحلیل.
په 7 فصل کې د ډایرکټ سټیفنیس میثود Direct Stiffness Method باندې لږ رڼا اچول شویده کوم چې په زیاتره تحلیلي پرګرامونو کې ترې کار اخیستل کیږي، پدې برخه کې چي کوم مثالونه کار شویدي ډیر محدود او مشروط دي تر څو وکولای شو هغه پروسې چې په متریکس انلایسز(Matrix Analysis) میثود کې کارول شویدي؛ دغه میثود د لاسي تحلیلونو په ډله کې نه راځي.
1.2 تعادل (Equilibrium):
ټول ساختماني تحلیلونه د فریک په ډیرو اساسي قوانینو ولاړ دي مثلاً د نیوټن دوهم قانون،(وارده قوه = د جسم کتله*د جسم تعجیل).
F=M*a
F= پر جسم وارده قوه
M= د جسم کتله
a= د جسم تعجیل
په ټولیزه توګه ساختماني تحلیلونه په دوه ډوله دي:
1- ډینامیکي: هغه تحلیلونه چې د وارده قواوله امله د ساختمان په ډینامیکي ځواب (dynamic response) ولاړ وي او ساختمان ته غیر صفري تعجیل ورکوي لکه د باد او زلزلې قوې، یا د کومې ماشیني وسیلې خوځښت یا هم د نقلیه وسایلو حرکت او نور.
2- سټاټیکي: هغه تحلیلونه چې د وارده قواو له امله د ساختمان په سټاټیکي ځواب ولاړ وي چې پدې صورت کې د ساختمان تعجیل صفر دی لکه د خپل وزن له امله د شکل تغییر او یا نني فشارونه (stresses) د تعمیر خپل وزن د په تعمیر کې کومه لړزه یا (vibration) نه تولیدوي.
سټاټیکي تحلیل د ډینامیکي تحلیل یو خاص حالت دی کوم چې:
F=M*a=0
F= پر جسم وارده قوه له هر اړخه چې وي چې زیاتره وخت یې په دوه یا دری اصلي محورونو کې په نظر کې نیسو لکه:
1.1 شکل
پورته معادله (2) د 1.1 شکل د وارده قواو لپاره په لاندې ډول پلې کیږي:
دx محور سره د موازي وارده قواو مجموعه = صفر
دy محور سره د موازي وارده قواو مجموعه = صفر
دz محور سره د موازي وارده قواو مجموعه = صفر
داچې یو ستکچر نه د کوم مستقیم خط په امتداد او نه هم کوم دوراني حرکت کولای شي نو د (2) معادلې د پوره کولو لپاره دری نورې معادلې هم اړینې دي:
دx محور شاوخوا د مومنټ مجموعه = صفر
د y محور شاوخوا د مومنټ مجموعه = صفر
د z محور شاوخوا د مومنټ مجموعه = صفر
پورته (۶) معادلې د یوې باډي [(body (structure] سټاټیکي تعادل ښيي پداسې حال کې چې دری بعدي قواوې پرې واردې شوې وي. د ډیزاین لپاره زیاتره وخت دوه بعدي تحلیلونه کیږي چې پدې صورت کې یوازې دوه معادلې د قواو د تعادل مثلاً (3)، او (4) چې د (x) او (y) محورونو څرګندويي کوي، او یوه معادله د مومنټ لپاره مثلاً (8) معادله چې د (z) محور څرګندوی ده بسیا کوي. اصلي محورونه باید ټول یو پربل عمود وي، کیدای شي په هر جهت او هر استقامت په فضا کې واقع شي، خو معمولاً د (y) محور عمودي، د(x) محور افقي جهتونه لري، د (z) محور بیا د (x) او (y) محورونو په سطح باندې عمود دی. د مومنټ یا چورلیدو لپاره د ساعت د عقربې سره ورته حرکت ته (+) او د ساعت د عقربې مخالف حرکت ته (-) حرکت یا چورلیدنه وایي پدې اړه لاندې تړون (convention) منل شوی دی:
- د (x) محور افقي او د کیڼ لوري ښي لورته مثبت دی
- د (y) محور عمودي او مخ پورته لور ته مثبت دی
- د (z) په محور چورلیدل او د ساعت د عقربې سره ورته جهت یې مثبت دی
2.1 شکل
ټول هغه سترکچرونه چې د هغه د ساختماني غړو قوې او یا هم بهرني عکس العملونه یوازې د پورته یاد شوو معادلو (د تعادل معادلو) په کارولو سره پیدا کړای شو د معین سټاټیکي (statically determinate) سترکچر په نوم یادیږي، بغییر لدې د نا معین سترکچر (indeterminate structures) په نوم یادیږي. د نا معینیت درجه د نامعلومو متحولینو (مثلاً د غړو قوې او د اتکأوعکس العملونه) د هغه شمیر څخه عبارت دی کوم چې د همدې حالت د تعادل د معادلو له شمیر څخه زیات وي (1.5 برخې ته وګرځی).
په اوسنیو شرایطو کې کمپیوټري پرګرامونه ددې وړتیا راکوي چې دری بعدي تحلیلونه د مختلف الجهت وارده قواو لپاره ترسره کړو. ددې ترڅنګ یوه پخوانی او ګټوره لار چې د سترکچرونو د تحلیل لپاره پکاریږي داده چې د تعمیر تعادل او پر هغه وارده قوې په دوه عمودي سطحو کې په پام کې ونیسو مثلاً د (x) او (y) په امتداد یو شمیر مقاوم فرمونه او پر هغوی وارده قوې په جلا جلا توګه تحلیل کړو پدې شرط چې د تعمیر عمومي تعادل خوندي وی.
3.1 شکل
1.3 میخانیکي موډل جوړول (Mathematical Modeling):
د میخانیکي موډل څخه موخه داده چې د تعمیر کړه (رفتار) د سترس، ننی قوې، د شکل تغییراو نورو کړو (رفتارونو) له مخې چې د بهرنی قوې له امله یې ښئي اټکل کړای شو.
داچې تعمیر یو فزیکي او ریښتینی مجسم شی دی نو پکار ده چې ددې لپاره یو خیالي انځور (idealized model) چې د تعمیر د جوړونکو موادو، هندسي جوړښت، او فزیکي بندونو(constraints) څرګندوی وي جوړ کړو د بیلګې په توګه د عکس العملونو شرایط او یا بهرنی وارده قواوې.
د یو کره موډل جوړول د یو ځانګړي حالت لپاره د سترکچر په پیچلتیا، او د پایلو د دقت په کچې پورې اړه لري. د سترکچر موډل کول کیدای شي د یو ساده دوه بعدي عنصر څخه نیولې بیا تر ډیر پیچلي او مغلق دری بعدي عنصر پورې ټول حالتونه پکې راشي. ډیر ساده یې لکه یو ساده بیم چې دوه سرونه یې پین (pin-jointed)یا هم تړلي (rigid jointed) وي، ډیر پیچلي حالتونه یې هغه دي چې مثلاً د پله غولی، د کوټې سلب او یا هم نور چې په (FEA) کې هم تحلیل کیږي.
دا ډیره مهمه خبره ده چې پوه شئ دا ټول میثودونه د سترکچر د ریښتیني رفتار یو تقریبي حل دی. ځنې وخت همدغه تقربي حل د سترکچر د ریښتیني کړو (رفتار) (لکه ننیي فشارونه او د شکل تغییر) سره ډیر نږدې وي خو کله کله بیا کیدای شي یو له دوی نه هم داړه د ریښتیني کړو سره بشپړ توپیر ولري، چې دا خبره ددې څرګندویي کوي چې د یادو پارامترو څخه یو او یا هم ټول په پوره دقت ندي موډل شوي او یا نشي کیدای چې د داسې حالت لپاره بیا واړه فزیکي موډلونه جوړول اړین دي.
1.3.1 لاین دیاګرام:
کله چې یو سترکچر موډل کوو اړینه ده چې د سترکچر هندسي شکل د خیالي غړو (idealized members) پوسیله انځور کړو د بیلګې په توګه کچیرې یو هوار فرم (frame) ولرو (چې بیم، کالم، او سلب پکې وي) نو ټول ساختماني غړي پکې د یو خط په ډول انځوریږي چې دې ته لاین دیاګرام وایي. خطونه معمولاً د غړو د مرکزي خط استازیتوب کوي، د یو شمیر مسطح فرمونو لپاره لاین دیاګرامونه په لاندې انځور کې لیدلی شئ.
4.1 شکل
5.1 شکل
6.1 شکل
7.1 شکل
8.1 شکل
9.1 شکل
1.3.2 د بار (قوې) مسیر (Load Path):
په یو سترکچر باندې د اتکأو عکس العملونه د هغوی د سختۍ په شرایطو پورې تړاو لري مثلاً خطي یا دوراني خوځښت مخنیوی. هر غړی او هر سترکچر باید داسې متکي شوی وي چی پر هغه واردې شوې قوې یا بارونه بنسټونو (تهدابونو) ته یوړل شي ترڅو چې هلته د ځمکې پوسیله جذب کیږي. د بیلګې په ډول سلبونه او د بیمونه باید په نورو بیمونو متکي شي هغه به بیا په کالمونو (ستنو) یا دیوالونو تکیه کوي ستنې یا دیوالونه به بیا په بنسټونو باندې تکیه کیږي او د بنسټونو دنده داده چې له تعمیر څخه ورته راوړل شوي بارونه ځمکې ته ورکړي تر څو هغه یې وزبیښي (جذب کړی). دا مهمه ده چې د هرې قوې جهت او مسیر ترسیم کړو لکه په لاندې شکل کې چې ښودل شويدي
10.1 شکل
بارونه د سترکچر په غړو کې له د عمل له ټکي (ځای) څخه جاینټونو (پین یا کلک) او هلته بیا نورو غړو ته نقل کیږي. کچیرې د جاینټ ساده وي نو بیا یوازې محوري قوه او یا هم برښي قوه (شیرshear forces) او کچیرې کلک (rigid) وی بیا دریواړه (محوري، برښي، او دوراني) قوې نقلوي.
د جاینټونو ډولونه کیدای شي د نا معینیت په درجه او همداراز د سترکچر د تحلیل په میثودو باندې ژوره اغیزه ولري. د جاینټونو ډیزاین کوم چې د تحلیل په وخت کې په پام کې نیول کیږي (ساده، کلک یا نور) د بارونو د جهت او مسیر د ټاکلو لپاره مهم رول لوبوي.
1.3.3 تهدابونه (Foundations):
د ټولو ساختماني غړو اساسي دنده داده چې وارده بارونه د عمل له ټکي څخه تهدابونو او له هغه ځایه ځمکې ته یوسي. د تهدابونو ډول او څرنګوالی په ځنو فکتورونو پورې تړلی دی لکه د وارده بارونو څرنګوالی او اندازه، د ځمکې لخوا هغه فشار چی وکولای شي یاد بارونه تحمل کړي، د تعمیر د ناستې منل شوې کچه، او همداراز د ترڅنګ (مجاور) تعمیر موقعیت او نور.
د تعمیر د اتکأ عکس العملونه د هغه د تهدابونو په ډول پورې اړه لري چې د محوري، جانبي، او یا دوراني حرکتونو لپاره څه ډول مقاومت ښودلای شي. د تهدابونو څو معمول ډولونه په لاندې شکل کې ښودل شويدي.
11.1 شکل
1.4 بارونه (Structural Loading):
په ټولو سترکچرونو بیلابیل بارونه عمل کوي، لکه مړه بارونه (وزن)، ژوندي بارونه، باد او نور؛ او ځنې وخت بیا نور بارونه هم په پام کې نیول کیږي لکه د تودوخې بدلون، د تهدابونو ناسته، ډینامیکي بارَوَنه، یا هم د ټکر تاثیرات او نور. زیاتره وخت به ډیزاین کې د مړه، ژوندي او د باد بار ترکیب په پام کې نیول کیږي.
ډیری چتونه ددې وړتیا لري چې په افقي سطح کې قواوې خپرې (توضیع) کړي، کچیري داسې نه وي نو بیا باید د متمرکز (غونډ) بار اغیز او د هغه د عمل ټکی په پام کې ونیول شي کوم چې کیدای شي ډیر بد اغیز ولري لکه مومنټ، برښي قوه او کږوالی، برسیره پر دې ځايي اغیزې لکه د کانکریټ میده کیدل (crushing)، او سوري کیدل (punching) هم باید په پام کې ونیول شي.
په څو پوړیزو ودانیو کې ډیر کم داسې پیښيږي چې هر پوړ به پر هغه وارد بارونه په وخت کې وزغمي یا پرې وارد شي، د سټاټیکي لحاظه دغه بارونه باید په یوه ټاکلې کچه را کم شي، چې دا کچه د پوړونو په شمیر او د هر پوړ په پراخوالي پورې اړه لري. زیاتره وخت ډینامیکي بارونه د هغوی په معادل سټاټیکي بارونو اړول کیږي او بیا د سترکچر په تحلیل او ډیزاین کې په پام کې نیول کیږي.
د سترکچر د تحلیل څخه موخه داده چې د هغه په ټولوغړو کې د ننیو قواو ویش، او خپریدل پیدا کړو پداسې حال کې چې دا ټولې قوې د وارده قواو او عکس العملونو سره یو ځای په تعادل کې وي.
هغه ریاضیکي موډل چې د یو سترکچر کړه انځور کولای شي عبارت دي له: دوه او دری بعدي الاستیکي - کړه، الاستیکي- کړه پداسې حال کې چې مومنټونه بیا-خپاره شي (redistribution of moments)، پلاستیکي او غیر خطي - کړه. په راتلونکي فصل کې ځنې تخنیکونه چې زیاتره وخت د ودانیو د غړو قوې او کړه پرې اټکل کولای شو ښودل شوي دي.
په تړلو (braced) سترکچرونو کې (دا هغه سترکچرونه دي چې په هغوی کې د جانبي بارونو د وړلو لپاره ځانګړی غړي (تړلي) پکې موجود وي)، چې د سلبونو او بیمونو اتکأوې ساده په پام کې نیولې شوې وي عمودي بارونه (vertical loads give rise to different types of beam loading). سلبونه کیدای شي یو طرفه او یا هم دوه طرفه ډیزاین شي، په لاندې شکل کې یې وګورئ.
12.1 شکل
یو طرفه سلب پدې معنی چې د سلب ټول بارونه دوه اصلي بیمونو ته وړل کیږي، دوه طرفه سلبونه پدې معنی چې د سلب بارونه د څلور خواو بیمونو ته وړل کیږي. دغه توپیر د سلب د بیمونو په بارَوَنه کې اغیزمن رول لري لکه په لاندې شکل کې.
13.1 شکل
پښتو انجینري یی وړاندې کوي.
