روش های استجکام بخشی گنبد

رفتار سازه ای گنبدها

📷گنبد را می توان حالت تعمیم یافته ای از قوس ها در نظر گرفت ،در این سازه بار وارده بیشتر از طریق نیروهای غشایی (نیروهایی در صفحه )منتقل می شود و لنگر خمشی معمولا بسیار محدود است. این امر سبب می شود که ضخامت گنبد برای انتقال بار بسیار کمتر از تیرهای مستقیم باشد.مزیت دیگر پوسته آن است که معمولا تحت بارهای وارده تنش ها در قسمت اعظم سازه از یک نوع است (فشاری یا کششی)،این امر به خصوص از آن نظر حائز اهمیت است که می توان از مصالح بنایی که قابلیت کشش را ندارند به خوبی استفاده نمود[1]. گنبد جبلیه، در منتهی الیه شرقی کرمان در نزدیکی دو قبرستان صاحب الزمان و سید حسین، با گنبد بزرگ و عجیبی از سنگ و گچ بنا گردیده که دست تطاول روزگار در تخریب آن کوتاه آمده است. این گنبد هشت ضلعی که به گنبد گبری نیز شهرت دارد تماما از سنگ است و عرض پی آن نیز در پایه به ۳ متر می رسد. در هشت طرف آن هشت در به عرض ۲ متر قرار گرفته که اخیرا برای مستحکم ساختن بنا و جلوگیری از تخریب آن، درگاه ها را با سنگ مسدود کرده اند و فقط یکی را باز گذاشته اند. قسمت بالای گنبد از آجر ساخته شده است و در داخل گنبد ظاهرا گچ بری ها و تزئین کاریهایی وجود داشته که قسمت بالا ریخته و قسمت پائین را تخریب کرده اند آنالیز انجام گرفته تحت وزن بسیار پایدار است و و قوع ترک های کششی ناشی از خمش در مصالح بنایی محتمل می شود و برای جلوگیری از ایجاد ترک های ناشی از کشش می توان از المان های مقاوم در برابر کشش فولاد،الیاف های مرکب و مصنوعی در جهت عمود بر ترک های احتمالی بهره گرفت[2].

📷گنبد قابوس به علت وجود 10 پره مانند پشت بند عمل می کند و با آنالیز انجام گرفته تحت بار وزن بسیار پایدار است، برای جلوگیری از خرد شدگی و لهیدگی ناشی از تنش های فشاری در پایین سازه گنبد قابوس می توان از قاب های نگهدارنده استفاده کرد، بیشترین خسارت تحت بار زلزله ناشی از نیروی کشش که می توان از المان های مقاوم در برابر کشش (فولاد، الیاف های مرکب طبیعی و یا مصنوعی) در جهت عمود بر ترک های احتمالی بهره گرفت [3]. رفتار سازهای برج گنبد قابوس مورد بررسی قرار گرفته است. از نرم افزار آباکوس برای مدل سازی برج استفاده شده است. برای این کار در ابتدا هندسه سازه در نرم افزار اتوکد به صورت سه بعدی ترسیم شده و سپس پسوند آن در نرم افزار سالید ورکس تغییر کرده و در پایان وارد نرم افزار آباکوس شده است. برای مدل کردن سازه از روش ماکرو استفاده شده و برای مدل سازی مصالح بنا که از نوع مصالح بنایی می باشد از ماده بتن استفاده شده است. آنالیزهای مختلفی از جمله آنالیز مودال، آنالیز تحت بار ثقلی و آنالیز تحت بار لرزهای بر روی بنا انجام شده است. با انجام آنالیز مودال مودهای ارتعاش و فرکانس های سازه مشخص شده است. آنالیز تحت بار ثقلی نشان داد که سازه در برابر نیروهای ناشی از وزن خود مقاوم می باشد و به راحتی می تواند این نیروها را تحمل نماید. در پایان آنالیز سازه تحت بار لرزهای انجام شد و مشخص شد که این سازه در برابر بارهای جانبی بسیار آسیب پذیر می باشد و دچار تغییر شکل های بزرگ می شود و نشان می دهد سازه دچار فرو ریزش خواهد شد. روش و شیوه ای که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است می تواند برای مدل سازی سایر بناهای تاریخی ایران به کار گرفته شود. [4].

📷مهار نمودن طبیعت و غلبه بر نیروهای آسیب رسان از ابتدای خلقت جوهره اصلی تلاش و مبارزه بشر را برای بقا و ادامه زیست تشکیل می داده است انسان همواره در حال مقابله و ستیز مستمر با مخاطرات طبیعی باهدف کاهش خسارت و آسیب های ناشی از آن بوده است این در حالی است که برخلاف نیروهای طبیعی آسیب رسان با اثر مستمر و درعین حال قابل پیش بینی مقابله با انسان با نیروهای طبیعی و سوانح غیرمستمر و غیرقابل پیش بینی مانند زلزله تنها معطوف به بعد از وقوع آنها می گردیده است [5].

📷📷بنای تاریخی گنبد سبز شهر مشهد، در خیابان آخوند خراسانی و در وسط میدانی به همین نام واقع شده است. وجه تسمیه بنا گنبد مزین به کاشی کاری فیروزه ای متمایل به سبز آن است. پلان گنبد سبز ۸ ضلعی و دارای ۴ ایوان است. علاوه بر ایوان و طاق نماها، کاشی کاری زیبای آن به بقعه جلوه خاص بخشیده است. گنبد سبز، مدفن شیخ محمد مومن عارف است که احتمالا در سال ۱۰۳۶ قمری بنیان و در سال های ۱۰۵۵ و ۱۰۵۸ تکمیل و تزیین شده است در آنالیز گنبد سبز واقع در مشهد نتایج به این صورت است که تنها ممکن است در بخش فوقانی ایوان ها و در محل هایی که تمرکز تنش وجود دارد ترک هایی ایجاد شود که با وجود پشت بند و تیرهای نصب شده در درون گنید خارجی ابن خسارت کاهش یافته و بهتر است از مواد استفاده شود تا با کاهش وزن بام عملکرد سازه در برابر زلزله مناسب گردد. [6]. گنبد پیر محله بنایی آجری مربوط به اوایل دوره صفویه در ۱۰ کیلومتری جنوب شرقی رودسر است که بنا دارای یک ایوان کوچک در ورودی و دو اتاق کوچک در طرفین است. گنبد بنا به شکل هشت ضلعی و ساده ساخته شده و ساختار آن دوپوسته است و سطح آن با گچ اندود شده است. این بنا فاقد عناصر تزیینی و نمونه یک معماری اصیل و سنتی است. آنالیز با استفاده از نرم افزار ایتبس، فشاری و در برخی از نقاط پای گنبد، کششی است؛ ولی این مقادیر با اختلاف قابل توجهی کمتر از مقادیر تنش های کششی و فشاری مجاز است که نشان دهنده این است که سازه در حاشیه ایمنی قرار دارد.

آنچه در ساخت وسازهای امروزی حائز اهمیت است توجه به سبک سازی بناها در عین مقاوم بودن در برابر نیروهای وارده است. راهکار سنتی در جهت بالابردن مقاومت گنبدها به دلیل استفاده از وزن خود سازه به عنوان نیرویی در برابر رانش گنبد، با تحمیل بار این وزن به سازه تاریخی، می تواند در طولانی مدت به عنوان عامل مخل و آسیب رسان عمل کرده و عمر سالم بنا را کاهش دهد.

به طور نمونه در گنبد سلطانیه به وسیله حلقه بتنی مقاوم سازی صورت گرفته است. بعد از اجرای بتن مسلح در ساقه گنبد، در جهت توقف اثر رانش باگذشت بیش از 40 سال، پیشرفت ترک ها کاملا متوقف بوده و حرکتی در سازه گنبد به وجود نیامده است، به نظر می رسد این اقدام در جهت مقاوم سازی گنبد مفید بوده و در کنترل نیروهای وارده از کارایی لازم برخوردار است.

رینگ بتنی بدون اتصال عمودی به سازه اصلی اجرا شده است ،اجرای این سازه نگهبان تا جایی مفید و موثر است که نیروهای افقی موجب جدا شدن بخش الحاقی از بدنه اصلی گنبد و حرکت تمامی سازه نگهبان به صورت یکپارچه ،در جهت وارد شدن نیرو نشود.در صورتی که نیروی رانش وارده ،بیش از تحمل حلقه بتنی باشد، حرکت این بخش از سازه، نیروی رانشی را تشدید کرده و ساقه گنبد را در معرض برش قرار خواهد داده و مخرب خواهد بود، وجود اتصالات عمودی نظیر کلاف کشی فلزی عامل موثری در یکپارچه کردن کل سازه و پایدار نگه داشتن سازه در برابر نیروهای وارده خواهد بود [7]. نتایج انالیز سازه ای پنج گنبد، گنبدتاج الملک، نظام الملک، شیخ لطف الله، امام اصفهان وسلطانیه نشانداد که تنش های ایجاد شده در همه گنبدهای مطالعه شده کمتر از تنش های مجاز هستند، گنبد تاج الملک استثنایی است اندازه تنش ها در این گنبد به طور قابل توجهی کوچک، کمتر از 25 % تنش های مجاز هستند، گنبد دو پوسته تقویت 📷شده مسجد امام آسیب پذیرترین گنبد است، تنش های ایجاد شده در پوسته بالایی نزدیک محل اتصال دو پوسته و گریو، که آوگون است، بزرگ هستند. تقویت کننده های نصف النهاری نقش اساسی در پایداری گنبد دو پوسته بازی می کنند پرشدگی بین دو پوسته برای حفظ یکپارچگی همه سیستم تقویت شده ضروری است، رفتارهای سازه ای رضایتبخش گنبدهای مطالعه شده در برابر اثرات زلزله دلالت براین دارد که طراحی این گنبدها از نظر رفتار لرزه ای بر اساس یک بینش آگاهانه از اصول صحیح طراحی انجام گرفته است[8].

منار جام در مناطق کوهستانی استان غور در روستای «جام»، محلی که رودخانه جام از جنوب به طرف شمال به رودخانه خروشان «هریرود» جریان دارد و در زاویه تلاقی این دو رودخانه قرار دارد

📷منار کهنسال و تاریخی جام در حال فرسایش است فرانچسکو بندارین مدیر این مرکز درباره منار جام گفته است که این منار، «احتمالا یکی از سازه های خارق العاده معماری و کهنسال ترین برج آجری باقی مانده در جهان است.مناره جام در پایتخت خاندان غوریان، فیروزکوه واقع شده است

منار جام شامل ۶۰ مناره و برج های ساخته شده در آسیای میانه، ایران و افغانستان که بین قرون ١١ و ١٣ ساخته شده است. از جمله منار قتلغ تیمور در اورگنج قدیمی، که بلندتر از آن هنوز وجود ندارد. تصور می شود که این مناره ها به عنوان نمادهای پیروزی اسلام ساخته شده اند، در حالی که برج های دیگر فقط برج های نظامی یا دیده بانی بودند.

چشم انداز باستان شناسی اطراف منطقه جام که شامل ویرانه های یک قصر، قلعه، کوره سفالگری و گورستان یهودیان است شاید نشان دهنده بقایای شهر از دست رفته فیروزکوه باشد. پایتخت تابستانی غوریان در اطراف منار جام گردیده است که حدود ١٩.٥ هکتار میباشد.به گفته باستان شناسان، گورستان یهودیان نیز در ١۰ کیلومتری مناره همراه با بقایای یک قلعه نظامی، کاخ و کوزه های سفالی کشف گردیده است.

معماری

📷منار بلند جام به صورت استوانه ای و بر پایه ای هشت ضلعی ساخته شده که قطرش ۹ متر و بلندای آن ۶۲ متر است. دارای ٢ بالکن چوبی بوده و در بالای آن یک فانوس قرار دارد. شباهت ظاهری آن بسیار نزدیک به مناره های غزنی است که توسط مسعود سوم ساخته شده است.تصور می شود که قطب منار در دهلی، هند از این منار الهام گرفته شده باشد.

قاعده ی این مناره به بلندای تقریبا ۲ متر از سطح زمین جای دارد که در کوچکی برای ورود به داخل مناره وجود دارد.

این منار در سده دوازدهم میلادی ساخته شده و ۶۲ متر ارتفاع دارد . این بنا بعد از قطب منار در دهلی نو، هندوستان بلندترین مناره خشتی جهان است. شیوه ساخت و شکل ظاهری جام را شبیه به مناره ای می دانند که مسعود سوم غزنوی در شهر غزنی یا غزنه ساخته بود. برخی باستان شناسان عقیده دارند که قطب منار در هند با الهام از منار جام در اوایل قرن ۱۳ به ارتفاع ۷۳ متر ساخته شده است. با وقوع ده ها زلزله مخرب در این منطقه هنوز این منار بلند و زیبا سالم مانده است اگر چه بیش از یک متر کج شده است و هر لحظه امکان فروریختن ان می رود .

رفتار غشایی در گنبد

رفتار سازه ای گنبد تحت بار وزن که در تمام مرز خود دارای تکیه گاه است، متاثر از خصوصیات هندسی گنبد است[9]در این نوع پوسته ها که نسبت به محورشان قرینه هستند، مقاطع نصف النهاری و مقاطع مداری آن در واقع مقاطع اصلی برای تنش های اصلی هستند، تنش ها در این مقاطع تنش های ساده کششی یا فشاری هستند که در ضخامت نسبتا کم پوسته به طور یکنواخت توزیع می شوند.

📷تنش هایی که در مسیر نصف النهارها هستند تنش فشاری هستند و قوس ها به صورت طنابی برای یک سری از بارها عمل می کنند و نصف النهارهای گنبد توسط مدارها نگه داشته می شوند و با ایجاد تنش حلقه ای از جابه جایی آنها جلوگیری می کند. در یک گنبد با خیز کم تنش های فشاری هم در نصف النهارها و هم در جهت مدارها ایجاد می شوند؛ بنابراین این قبیل سازه ها را می توان از مواردی که قابلیت تحمل تنش های کششی را ندارند مثل آجر و یا مصالح بنایی دیگر ساخت. وقتی گنبد خیز زیادی دارد مدارهای قسمت بالایی گنبد کوتاه می شوند درحالی که مدارها در قسمت پایینی گنبد طویل تر شده تنش های کششی در آنها ایجاد می شود مدارهایی که در بالا قرار دارند تنش فشاری ایجاد می شود و مدارهایی که در پایین قرار دارند تنش کششی هستند[10].

تنش های خمشی در گنبدها

📷بخش اعظم تنش هایی که در پوسته ها به وجود می آیند، غشایی تنش های غشایی ممکن است فشاری، کششی یا برشی باشند است و خمش تنها در نزدیکی لبه ها آزاد، تکیه گاه ها و در مجاورت محل اعمال بارهای منفرد پدید می آید، علاوه بر این مقداری خمش ثانویه به دلیل خیز در سازه و تغییر مکان تکیه گاه ها به وجود می آید که این خمش گسترش بیشتری دارد[11]. سه شرط اساسی برای عملکرد واقعی یک گنبد در مقابل تنش های فشاری، کششی و برشی موارد زیر است:

1- گنبد باید دارای ضخامتی مناسب باشد به طوری که قادر به ایجاد رفتار خمشی قابل توجهی نخواهد بود؛

2- انحناء گنبد باید به طرز صحیحی طراحی شود، در این حالت گنبد به علت فرم مقاومش سخت و مستحکم خواهد بود؛

3- گنبد باید به شکلی دارای تکیه گاه های لازم باشد، در این حالت صرفا مقدار ناچیزی خمش بر سطح محدودی از پوسته ایجاد خواهد شد.

این سه شرط اساسی برای ایجاد عملکرد گنبد با هر شکل و تحت هر نوع بارگذاری لازم و ضروری است، هر گاه این سه شرط رعایت نشوند، بازده سازه ای گنبد کاهش می یابد.

ایستایی در گنبد

📷مسائل ایستایی گنبد را می توان به دودسته تقسیم نمود:

الف) مسائلی که در تمامی پوشش ها مشترک هستند، طراحی گنبد باید به نحوی باشد که بتوان از خمش موجود در سازه و همچنین رانش بر روی پایه ها کاست.

ب)مسائل ایستایی خاص گنبد: اساسا در جستجوی وسایلی برای حل مسائل به خصوصی که در ترکیبات سازه در حین طراحی آن وجود دارد[12].

جهت بررسی و مطالعه بناهای تاریخی و فرهنگی محدودیت های زیادی وجود دارد مانند:

حفظ اصالت بنا، عدم استفاده از روش ها و آزمایش های مخرب، هزینه بربودن ساخت مدل میز لرزان و دقیق نبودن نتایج این گونه آزمایش های به علت وجود جزئیات و ظرافت های زیاد این گونه بناها به همین دلیل متداول ترین روش مطالعه رفتار و استقامت بناهای تاریخی، تحلیل سازه با به کارگیری رایانه و استفاده از روش های اجزاء محدود است.

[1] زمانی فرد، علی، مقاله نگاهی به مرمت گنبد در ایران ، مجله علمی پژوهشی اثر بهار و تابستان 1381 شماره 33 و 34

[2] ابوالحسنی زاده، حمزه، آنالیز سازه ای گنبد جبلیه کرمان کنگره بین المللی پایداری درمعماری و شهرسازی - 1393

[3] حجازی، مهرداد، آنالیز سازه ای گنبد قابوس، هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران 1388

[4] کریمی، امیرحسین، گلابچی، محمود، بررسی رفتار سازهای برج گنبد قابوس با استفاده از روش اجزاء محدود، کنفرانس عمران، معماری و شهرسازی کشورهای جهان اسلام 1397

[5] رویا شینی غلام پور گنبد به روایت سازه ی ایرانی اولین کنفرانس بین المللی ساخت ساز شهری در مجاورت گسل های فعال 1390

[6] رضا رهگذر مهدی مقدس، بررسی رفتار و استقامت ساختمان گنبد سبز در برابر زلزله چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران 1387

[7] فهیمه شهیری مهرآباد و احدنژاد ابراهیمی، مقاله مقاوم سازی گنبدهای تاریخی در ایران مطالعه موردی مقاوم سازی گنبد سلطانیه به وسیله حلقه بتنی چهارمین کنفرانس بین المللی مقاوم سازی - 1391

[8] حجازی، سیدامیرمهرداد ، میرقادری ، سیدرسول، تحلیل لرزه ای گنبدهای ایرانی مجله:دانشکده فنی دانشگاه تهران 1383 ، دوره:38 ، شماره:6 (پیاپی 88) صفحات :747-757

[9] سعادت، داوود، احتشام فر، ثنا، بررسی سازه های پوسته ای در گنبدهای کروی از منظر زیباشناختی فرمی اولین همایش ملی نقش معماری و شهرسازی بر گردشگری شهرهای مرزی 1402

[10] زمانی فرد، علی، نگاهی به مرمت گنبد، در ایران مجله علمی پژوهشی اثر بهار و تابستان 1381 شماره 33 و 34

[11] زمانی فرد، علی، نگاهی به مرمت گنبد، در ایران مجله علمی پژوهشی اثر بهار و تابستان 1381 شماره 33 و 34

[12] اکرم شمسی پور دهکردی مریم جعفری فارسانی زهرا نقدی دو رباطی مقاله ایستایی گنبد و قوس با مصالح پایدار در معماری سنتی ایران اولین همایش ملی جغرافیا، شهرسازی و توسعه پایدار 1392