سوپرفریم (Super Frame) یا سازه با هسته مرکزی یکی از انواع سیستم های سازه ای برای احداث ساختمان های بلند است که اخیرا استفاده از آن زیاد گشته است. این سیستم سازه ای که توسط ژاپنی ها ابداع شد به سیستم پلان باز نیز مشهور است و مزایای بی شماری دارد. این روش احداث ساختمان، چهار تکنیک را شامل می شود:
- استفاده از بتن پر مقاومت (HIRC)
- استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی (R-PC)
- استفاده از کف های پیش تنیده و یا پس کشیده
- استفاده از میراگر های ویسکوز یا جرمی و … (در طبقات بالای سازه) (Hi-Dampers)
در این سازه ها عملکرد طراحی کمی متفاوت از سازه های رایج ساختمانی است. در این سازه ها نیروی زلزله توسط یک هسته مرکزی بتنی که به نوعی می توان آن را به یک دیوار H شکل بتنی با عمق زیاد شبیه دانست وارد می شود. پس از آن نیروها به سوپر بیم ها (تیر های عمیق و فوق العاده قدرتمند با ضوابط خاص طراحی) و سپس به ستون های بالای هر وجه و در نهایت به میراگر (اکثرا جرمی) در بالای سازه منتقل می گردد و با توجه به این که میراگر ها در این سازه ها اکثرا به صورت گوی هستند و در بالای سازه قرار می گیرند نیروی زلزله در طبقات بالایی بسیار کم شده و جابه جایی جانبی سازه نیز به شدت کاهش پیدا می کند.
اجزای اصلی در این سیستم عبارت است از:
- سوپروال با هسته بتن آرمه
- سوپربیم های فوق العاده قوی
- ستون های متصل به سوپربیم
- میراگر (اکثرا در بالای سازه و به صورت جرمی)
- ستون های ساده
- دیافراگم
سوپروال:
دیوار برشی مرکزی، هسته اصلی باربر نیروهای قائم خصوصا نیروهای زلزله است. این دیوار برشی، از بخش پایین بر روی فونداسیون قرار گرفته و در بخش بالای خود به سوپربیم منتهی می شود. سوپروال به صورت بتن درجا، اجرا می گردد که بتن آن در بخش های پایین بتن با مقاومت بالا می باشد. با توجه به شکل پذیری ساختمان، مقاومت بتن سوپروال از بالای فونداسیون به مرور تا بخش بالایی آن کاهش می یابد.
ستون های اتصالی:
در سوپرفریم، در هر یک از نماهای ساختمان دو ستون اتصالی اجرا می شود که این ستون ها بزرگترین مقطع یا ستون را در ساختمان دارند. به دلیل قرار گرفتن در نمای ساختمان، فضای داخلی را اشغال نمی کنند. وظیفه اصلی این ستون ها، انتقال نیروی زلزله از بالای ساختمان بر روی پِی است.
میراگر ها (ابزار جذب انرژی):
ابزار جذب انرژی مانند یک کمک فنر بسیار بزرگ عمل می کنند. آنها رفتار ساختمان را کنترل کرده و سطح تنش ها را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش میدهند. باقرارگیری آنها بر روی هر ستون اتصالی، هنگام وقوع زلزله، نیروهای حاصل از زلزله بر دیافراگم های هر طبقه اثر کرده و به سوپروال منتقل می شود. سوپروال با جذب نیروها، تغییر مکان ها را به بالاترین نقطه ساختمان منتقل می کند. تغییر مکان ها به سوپربیم که در بالای سوپروال قرار می گیرند، منتقل شده و از طریق آنها به میراگرها منتقل می شوند. این لوازم جذب انرژی، هم به صورت فشاری و هم به صورت کششی عمل کرده و نیروهای زلزله را پس از کاهش دادن بر روی ستون های اتصالی، منتقل می کنند. نیروها سپس از طریق ستون های اتصالی به صورت قائم بر روی پی منتقل می شوند.
سوپربیم:
در بالاترین بخش اسکلت ساختمان، تیرهایی با مقطع بزرگ بر بالای سوپروال قرار می گیرند که تغییر مکان های آن را به میراگرها منتقل می کنند. این تیرها کارکرد بسیار حساسی را هنگام وقوع زلزله یا برخورد یک شیء خارجی به ساختمان از خود نشان میدهند.
ستون های ساده:
ساختمان با سوپرفریم، فری پلان (Free Plan) نیز نامیده می شود. بر این اساس، به دلیل مسطح بودن کف ها و عدم وجود ستون های میانی زیاد میتوان هر نوع پلان دلخواه را در هر طبقه پیاده کرد.
دیافراگم:
تمام کف سازی ها به صورت دال دیافراگمی اجرا شده و تنها یک تیر میانی از تقاطع دال ها در دو تراز با اختلاف 30 سانتیمتر شکل می گیرد. این کف ها به صورت کاملا مشخص نیروهای زلزله طبقات را به سوپروال منتقل می کنند.
این نوع کف ها مزیت زیادی دارد زیرا عدم وجود تیرهای با ارتفاع زیاد، ارتفاع در پلان را افزایش می دهد و سقف ها برای اجرای تاسیسات، مزاحمتی ایجاد نکرده و ساختمان را برای شرایط فری پلان مهیا می کند.
در ایران نیز مرکز تجارت جهانی تبریز از این نوع سیستم استفاده نموده است.
