راه نوردی
راه‌نوردی
راه‌نوردی نوعی پیاده‌رَوی در مسیر ناهموار و سخت و طولانی و به گردشگری که چنین مسیرهایی را بپیماید راه‌نورد گفته میشود. راه‌نوردی معمولاً در مسیرهایی انجام میشود که وسایط نقلیه در آنها حرکت نمی‌کنند.
راه‌نوردی با پیاده‌گَردی که نوعی پیاده‌رَوی به قصد گردش و لذت بردن از مناظر در مسیرهای روستایی یا مناطق کوهستانی است تفاوت دارد.
راه‌نوردها معمولاً کوله‌پشتی و توشه همراه خود می‌برند و مسیرهایی که قصد پیمودنش را دارند را از پیش بررسی و تعیین میکنند. راه‌نوردی گردشگران به‌ویژه در مسیرهایی در هیمالیا رواج دارد. در ایران از مسیرهای معروف راه‌نوردی می‌توان به دامنه‌های البرز در درکه و توچال اشاره کرد.
عابر پیاده
عابر پیاده به فردی گفته میشود که یک مسافت را با پا به صورت پیاده‌روی یا دو طی می‌کند. در بعضی از جوامع افرادی که از وسایل سبک و کم‌سرعتی مانند: اسکیت‌برد، ویلچر، roller skates، scooter و موارد مشابه برای حمل و نقل استفاده میکنند نیز جزو عابر پیاده محسوب می‌گردند.
در قوانین کنترل ترافیک و قوانین شهرسازی عابر پیاده حق و حقوق خاص به خود را داراست و برای وی امکانات خاصی در طراحی شهری و ترافیکی درنظر میگیرند.
گذر
گُذَر در فرهنگ اصطلاحات طهران قدیم به مکانهایی خاص در بافت قدیمی شهر اشاره داشت. گذرها معابری بودند که محلات مختلف شهرهای قدیم و به خصوص طهران را به یکدیگر متصل می ساختند. بر اساس نوشته ناصر نجمی بازارهای بی سقف تهران را گذر می گفته اند.
از گذرهای معروف تهران که تا امروز نیز نام آنها در بین مردم رواج دارد می توان به این گذرها اشاره نمود:
گذر امامزاده یحیی، گذر تقی خان، گذر حمام خانم (حمام قبله)، گذر حمام میرزا ولی ، گذر حمام نواب ، گذر دانگی ، گذر دباغخانه، گذر سرپولک ، گذر قلی ، گذر مروی ، گذر مستوفی (منسوب به مستوفی الممالک)، گذر مهدی موش ، گذر میرزا محمود وزیر ، گذر نوروزخان و البته از همۀ اینها معروفتر و مصطلح تر، گذر لوطی صالح.
پل
پل، سازه ای است فلزی، بتنی و یا با مصالح ساختمانی برای عبور راه، راه‌آهن و یا پیاده، از روی آب و یا مسیر راهی دیگر.
در تعریف قدیمی چنین می‌گفتند که پل طاقی است بر روی رودخانه، دره، یا هر نوع گذرگاه که رفت‌وآمد را ممکن می‌سازد. اما امروزه در مبحث مدیریت شهری، پل را سازه‌ای برای عبور از موانع فیزیکی قلمداد میکنند تا ضمن استفاده از فضا (نه صرفا سطح زمین) بتواند عبورومرور و دسترسی به اماکن را تسهیل کند.
یکی از عناصر پل‌سازی تیرهای سراسری هستند.
بزرگترین پل ایران
پل شهید کلانتری طولانی‌ترین پل ساخته‌شده در ایران (سه برابر طولانی‌ترین پل پیشین) به طول هزار و هفتصد و نه متر میباشد که بر روی دریاچه ارومیه ساخته شده‌است و فاصله میان دو شهر تبریز و ارومیه به 135 کیلومتر تغییر داده‌است. این پل در ۲۷ آبان سال ۱۳۸۷ به بهره‌برداری رسید.
انواع پلها
پل قوسی
پل فلزی
پل بتنی مسطح
پل بازویی
پل کابلی
پل نظامی
پل معلق
پل تشریفاتی
پل سواره‌رو
پل هوایی
پل مسطح
ساده ترین نوع پل است که اجزای اصلی آن عبارتند از یک ورقه ی مسطح و پایه هایی است که در طول پل مستقر شده اند و وزن پل و بار روی پل را به زمین منتقل میکنند. این پل ها به علت طراحی ساده و اولیه ای که دارند و مصالح کمی که در فواصل کوتاه لازم دارند به تعداد زیاد در روستا ها مورد بهره بهداری قرار میگیرند .
پل قوسی
پل قوسی، پلی است با تکیه گاههای انتهائی در هر طرف، که شکلی نیم دایره مانند دارد. پلی که از رشته‌ای از قوسها تشکیل شده باشد، پل دره‌ای نامیده میشود. پل قوسی ابتدا توسط یونانی‌ها و از سنگ ساخته شد. بعدها، مردم باستان از ملات در پلهای قوسی خود استفاده کردند.
با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد این پلها را طوری انتخاب میکنند که بارهای قائم وارده تبدیل به یک نیروی فشاری در امتداد قوس شود. بنا براین در مناطقی با کیفیت خاک مناسب، می‌توان دهانه‌های بزرگ (تا حدود ۵۰۰ متر) را با پلهای قوسی طی نمود.
پل کابلی
تاریخچه پل کابلی
با اینکه به نظر می‌رسد پلهای کابلی به آینده چشم دوخته‌اند، ایده آنها مسیر طولانی را پیموده‌است. اولین طرح شناخته شده از یک پل کابلی در کتابی به نام "ماشین‌های نوواً - منتشر شده در سال ۱۵۹۵ - آورده شده ولی این ایده تا قرن حاضر که مهندسان شروع به استفاده از پلهای کابلی نمودند؛ مورد استقبال واقع نشده بود. در جنگ جهانی دوم که فولاد کمیاب بود، این طرح برای بازسازی پلهای بمباران شد که هنوز فوندانسیون هایشان پابرجاست، کامل بود. با اینکه از احداث پلهای کابلی در آمریکا دیری نمی‌گذرد، واکنش‌ها در این مورد بسیار مثبت بوده‌است.
پل کابلی و نحوه عملکرد آن
یک پل کابلی نوعی، یک تیر حمال(عرشه پل) پیوسته با یک یا چند برج بنا شده بالای پایه‌های پل در وسط دهانه‌است. از این برجها، کابلها به صورت اریب به سمت پایین (معمولاً هر دو طرف) کشیده شده و تیر حمال(عرشه پل) را نگه می‌دارد. کابل‌های فولادی بی نهایت قوی و در عین حال بسیار انعطاف پذیر هستند. کابلها بسیار مقرون به صرفه می‌باشند چون سبب ساخت سازه‌ای سبکتر و باریکتر شده که در عین حال قادر به پل زدن بین مصافت‌های بیشتری است.اگرچه تنها تعداد کمی از آنها برای نگه داشتن کل پل قوی هستند، انعطاف پذیریشان آنها را در مقابل نیروهایی که به ندرت در نظر گرفته میشوند مانند باد؛ ضعیف می‌نماید. برای پلهای کابلی با دهانه‌های طولانی به خاطر تضمین ثبات و پایداری کابلها و پل در مقابل باد، می‌بایست مطالعات دقیقی انجام شود. وزن سبکتر پل یک وضع نامساعد در بادهای سهمگین و یک مزیت در مقابل زلزله محسوب میشود. نشست غیر هم سطح فوندانسیون‌ها که به مرور زمان یا طی یک زلزله روی می‌دهد، می‌تواند پل کابلی را دچار آسیب کند. پس باید در طراحی فوندانسیون‌ها دقت به عمل آورد. ظاهر مدرن و در عین حال ساده پل کابلی آن را به یک شاخص واضح و جذاب تبدیل کرده‌است. خصوصیات منحصر به فرد کابلها و به طور کلی سازه، طراحی پل را بسیار پیچیده می‌نماید. برای دهانه‌های طولانی تر، جایی که باد و نوسانات باید مورد توجه قرار گیرند؛ محاسبات بی نهایت پیچیده‌اند و عملاً بدون کمک کامپیوتر و آنالیز کامپیوتری غیر ممکن می‌باشند. علاوه بر این ساخت پل کیده‌ای مشکل میباشد. اتصالات، برجها، تیرهای حمال و مسیر کابلها سازه‌های پیچیده‌ای هستند که مستلزم ساخت دقیق می‌باشند.
طبقه‌بندی پلهای کابلی
طبقه‌بندی واضحی برای پلهای کابلی وجود ندارد. به هر حال آنها می‌توانند توسط تعداد دهانه‌ها، برجها و کابلها و همچنین نوع تیرهای حمال از یکدیگر تمیز داده شوند. تنوع بسیاری در تعداد و نوع برجها و همچنین تعداد و چینش کابلها وجود دارد. برج‌های نوعی به صورت تکی، دوتایی، دروازه‌ای و یا حتی برج‌های A شکل استفاده شده‌اند. علاوه بر این چینش کابلها به طور عمده‌ای متفاوت می‌باشند. بعضی اقسام دارای چینش تکی، چنگی(موازی)، پنکه ای(شعاعی) و ستاره‌ای هستند. در بعضی موارد تنها کابل‌های یک طرف برج به عرشه وصل میشوند و طرف دیگر روی یک فندانسیون یا وزنه برابری لنگر می‌اندازند.
پلهای کابلی عمدتا به دو بخش ترکه ای و معلق تقسیم بندی می شود.پل های معلق در دهانه های خیلی بزرگ به کار می روندترکیب این پلها عبارت است از دو عددپایه بلند که در دو طرف دهانه قرار دارد و دو دسته کابل که با عبور از بالای پایه ها در دهانه آویزان است و دو انتهای کابل ها در تکیه گاه ثابتی که معمولا بلوک های حجیم بتنی هستند مهار میشود و عرشه توسط تعدادی آویز قائم آویخته می شود.پل های معلق مدرن برای دهانه های بیش از 300متر اقتصادی بوده و اگر عرشه فلزی که سبکتر از نوع بتنی میباشد استفاده شود مقرون به صرفه تر است.پلهای ترکه ای به علت سختی وزیبایی و اقتصاد طرح و سهولت اجرا از سال 1950 میلادی رواج زیادی یافت .اصل اساسی در بررسی رفتار پلهای ترکه ای این است که توسط کابل های متعددی به یک پایه بلند نصب شده اند و دهانه پل در نقاط متعددی گرفته میشود .در این پلها عرشه به صورت صلب از یک طرف روی کوله های پایه ها و از طرف دیگر با کابلها مهار میشوند.پایه های میانی پل به شکل H A I بوده است پلهای ترکه ای با عرشه بتنی تا دهانه های 100ال 700 متر اقتصادی بوده است.ارسال از امید اسداللهی دانشجویی رشته مهندسی راهسازی دانشگاه راه و ترابری.
مزایای و تفاوت‌های پل کابلی
برای طول متوسط دهانه‌ها (۱۵۰ تا ۸۵۰ متر) پل کابلی سریعترین انتخاب مناسب برای یک پل میباشد. نتیجه یک پل مقرون به صرفه‌است که زیبایی آن غیر قابل انکار است. همچنین پل کابلی بهترین پل برای طول دهانه بین پلهای بازویی و معلق میباشد. در این محدوده طول دهانه، یک پل معلق مقدار بسیار بیشتری کابل نیاز خواهد داشت و این در حالی است که یک پل بازویی کامل، به طور قابل ملاحضه‌ای به مصالح بیشتر نیاز دارد که آن را به مقدار چشمگیری سنگین تر می‌نماید. ممکن است به نظر برسد پل کابلی شبیه پل معلق است. با اینکه هر دو دارای عرشه هستند که از کابلها آویزانند و هر دو دارای برج هستند؛ ولی این دو پل بار عرشه را به طرق بسیار متفاوتی نگه می‌دارند. این اختلافات در چگونگی اتصال کابلها به برج میباشد. در پل معلق کابلها آزادانه از این سر تا آن سر دو برج کشیده شده‌اند و انتقال بار به تکیه گاههای واقع در هر انتها صورت می‌گیرد. در پل کابلی، کابلها در حالی که به برجها متصلند به تنهایی بار را تحمل میکنند. در مقایسه با پلهای معلق، پل کابلی به کابل کمتری نیاز دارد، می‌توان آن را از قطعات بتن پیش ساخته مشابه ساخت و همچنین احداث آن سریع تر است.
مهار کابلی چگونه کار می‌کند؟
بایستید و دستان خود را به صورت افقی در هر طرف دراز کنید. فرض کنید آنها پل هستند و سرتان نیز برجی در وسط آن است. در این موقعیت ماهیچه‌های شما دستانتان را نگاه می‌دارد. سعی کنید یک مهار کابلی برای نگه داشتن دستانتان بسازید. یک تکه طناب به طول حدودی ۱۵۰ سانتیمتر بردارید. از یک دستیار بخواهید هر یک از دو انتهای طناب را به هر یک از آرنج هایتان ببندد. سپس وسط طناب را روی سر خود قرار دهید. اینک طناب مانند یک مهار کابلی عمل می‌کند و آرنج هایتان را بالا نگه می‌دارد. از دستیارتان بخواهید تکه طناب دیگری به طول حدودی ۱۸۰ سانتی متر را این بار به مچهایتان ببندد. طناب دوم را روی سرتا ن قرار دهید. حالا شما صاحب دو مهار کابلی هستید. فشردگی و فشار نیرو را در کجا احساس می‌کنید؟ ببینیدتاتن مهار کابلی چگونه بار پل (دست هایتان) را به برج (سر شما) منتقل می‌کند!
پلهای تشریفاتی
جهت زیباتر شدن، بعضی پلها با ارتفاع بیشتر از حد نیاز ساخته میشوند. این نوع پل که بیشتر در باغهای نمادین موجود در شرق آسیا ساخته شده‌است، پل ماه(Moon Bridge)نیز خوانده میشود(از آنجایی که این نوع پل یادآور چگونگی حرکت ماه در آسمان است). بعضی این پلهای موحود در این باغها ممکن است فقط روی یک سری بستر رودهای خشک که جربان آب سنگ ریزه‌های ته رود را شسته‌است گذر کنند. در قصرها اغلبا این پلها بر روی آبراهای مصنوعی به عنوان سمبل یک مسیر خاص به یک مکان خیلی مهم یا یک مکان خیالی و فرضی ساخته شده‌اند. برای نمونه 5 پل در شهر ممنوعه در پکن(پایتخت چین) بر روی یک سری آبراه پر پیج خم ساخته شده‌اند که پل مرکزی تنها جهت عبور امپراطور، همسر امپراطور و فرزندانشان بوده‌است.
پل قوسی
پل قوسی (به انگلیسی: Arch Bridge)، نوعی پل است که در قسمت انتهایی دارای تکیه‌گاه‌هایی به شکل قوس منحنی است. پل قوسی، وزن خود پل و بارهای وارده به آن را به صورت نیروی افقی -که توسط تکیه‌گاه‌ها مهار شده‌اند- منتقل می‌کند. یک پل راه‌آهن، ممکن است با استفاده از سلسله‌ای از پلهای قوسی ساخته شود. با این حل، سازه‌های دیگری که اقتصادی‌تر هستند، امروزه کاربرد بیشتری دارند.
پل معلق
پل معلق پلی است که عرشهٔ آن از کابل‌های معلق آویزان شده باشد. تاریخ این نوع پلها به اوایل قرن ۱۹ باز میگردد.
این نوع پلها دارای کابل‌های معلق بین برجها، همراه با کابل‌های معلق عمودی هستند که وزن عرشه را تحمل میکنند.
سازه فولادی
سازه فولادی نوعی سازه است که مصالح اصلی آن که برای تحمل نیروها و انتقال آنها به کار می‌رود از فولاد است. اتصالات به کار رفته در این نوع سازه‌ها از نوع جوشی، پرچی و یا پیچ میباشد و بسته به نوع اتصالات قطعات طرح شده و کنترل‌های مربوطه بر روی آنها انجام میشود.
در حال حاضر فولاد از مهمترین مصالح برای ساخت ساختمان و پل و سایر سازه‌های ثابت است مقاومت فولاد (تنش تسلیم) مورد استفاده در بازه۲۴۰۰ تا ۷۰۰۰ kgr/cm ۲ است که برای ساختمانهای معمولی از فولاد با مقاومت ۲۴۰۰ که به آن فولاد نرمه گفته میشود استفاده میگردد.
نقش فولاد در ساختمان
فولاد یکی از مهمترین مصالح ساختمانی به شمار می‌آید. فولاد از احیا شدن سنگ آهن، به همراه کک و اکسیژن در کوره‌های بلند با درجه حرارت زیاد بدست می اید. آهن خام که به این ترتیب به دست می‌آید بین ۳ تا ۴ درصد کربن دارد.
مشخصات مکانیکی فولاد
مهمترین مشخصه مکانیکی فولاد نمودار تنش _ کرنش آن میباشد که از روی آن تنش تسلیم و یا تنش جاری شدن بدست می‌آید.
فولاد بعنوان ماده‌ای با مشخصات خاص و منحصر بفرد، مدتهاست در ساخت ساختمانها کاربرد دارد. قابلیت اجرای دقیق، رفتار سازه ای معین، نسبت مقاومت به وزن مناسب، در کنار امکان اجرای سریع سازه‌های فولادی همراه با جزئیات و ظرافتهای معماری، فولاد را بعنوان مصالحی منحصر و ارزان در پروژه‌های ساختمانی مطرح نموده است؛ به نحوی که اگر ضعفهای محدود این ماده نظیر مقاومت کم در برابر خوردگی و عدم مقاومت در آتش‌سوزیهای شدید به درستی مورد توجه و کنترل قرار گیرند، امکانات وسیعی در اختیار طراح قرار می‌دهد که در هیچ ماده دیگر قابل دستیابی نیست. فولاد، آلیاژ ی از آهن و کربن است که کمتر از ۲ درصد کربن دارد. در فولاد ساختمانی عمومأ در حدود ۳ درصد کربن و ناخالصیهای دیگری مانند فسفر، سولفور، اکسیژن و نیتروژن و چند ماده دیگر موجود میباشد. ساخت فولاد شامل اکسیداسیون و جدانمودن عناصر اضافی و غیر ضروری موجود در محصول کوره بلند و اضافه کردن عناصر مورد نیاز برای تولید ترکیب دلخواه است. برای ساخت فولاد، از چهار روش اصلی استفاده میشود. این روشها عبارتند از: روش کوره باز، روش دمیدن اکسیژن، روش کوره برقی، روش خلاء.
آنچه فولاد را به عنوان یک مصالح ساختمانی مناسب معرفی کرده می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
تغییر شکل در اثر بارگذاری و ایجاد تنش یکنواخت
وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک
شکل پذیری
خاصیت چکش خواری و تورق
خاصیت خمش پذیری
خاصیت فنری و جهندگی
خاصیت چقرمگی
خاصیت سختی استاتیکی و دینامیکی
مقاومت نسبی بالا
ضریب ارتجاعی بالا
جوش پذیری
همگن بودن
امکان استفاده از ضایعات
امکان تقویت مقاطع در صورت نیاز
دسته‌بندی
سازه‌های فولادی به سه دسته تقسیم میشوند
سازه‌های قاب بندی شده:که مجموعه‌ای از اعضای محوری، خمشی و یا محوری خمشی اند.
سازه‌های پوسته‌ای: منابع تگهداری مایعات و گازها که نیروی محوری حاکم است.
سازه‌های معلق: که در آن نیروی کششی حاکم است.
منظور از سازه‌های فولادی در عمران معمولاً سازه‌های قاب بندی شده است. نقش قاب در ساختمان انتقال بارهای مرده و بار زنده و زلزله و بار برف از سازه به پی میباشد. و پایداری کلی سازه راحفظ می‌کند.
برای ساخت سازه‌های ساختمانی بیشتر از پروفیل‌های نورد شده استفاده میشود اگر ابعاد طراحی شده مقادیر دیگری باشد می‌توان با استفاده از ورق‌های موجود در بازار پروفیل مربوطه را تهیه کرد.
طراحی ساختمانهای فولادی
انتخاب نوع مقطع، روش ساخت، روش بهره‌برداری و محل ساخت ساختمان، خصوصیات و ویزگیهای متنوعی برای ساخت اسکلت باربر یک ساختمان بوجود می‌آورد. مزیتهای هر سیستم سازه ای و مصالح مورد نیاز آن سیستم را در صورتی می‌توان بکار برد که خصوصیات و ویژگیهای آن مصالح و سیستمها در مرحله طراحی به حساب آورده شود و طراح باید در مورد هر یک از مصالح به درستی قضاوت کند. این موضوع بویژه در ساختمانهایی که اسکلت فولادی دارند ضروری است. معیارهای سازه ای زیر اهمیت زیادی در طراحی کلی و ستون گذاری ساختمان دارد: - نوع مقطع - آرایش و روش قرار گیری مقاطع - فواصل تکیه گاهی - اندازه دهانه‌های سقف - نوع مهاربندی - نوع سیستم صلب کننده - محل قرارگیری سیستم صلب کننده (سیستم فضاسازی داخلی)
برای استفاده بهینه از خواص مطلوب ساختمانهای فولادی، سیستم فضاسازی داخلی باید بگونه‌ای اختیار شود که
متشکل از قطعات پیش ساخته باشد، بدین منظور که سرعت بیشتر نصب و برپایی سازه، موجب کوتاه شدن زمان کلی ساخت میشود.
قطعات سبک باشد تا وزن کلی ساختمان به حداقل ممکن برسد.
نوع سیستم انتخاب شده، سازگار با سیستم سازه‌ای انتخاب شده باشد.
با یک روش اقتصادی قابل محافظت در برابر آتش باشد.
فضاهای داخلی ساختمان فلزی معمولأ شامل:
سقفها
بام
دیوارهای خارجی
دیوارهای داخلی
سیستم رفت و آمد (پله و آسانسور) میباشد که با هماهنگی دقیق و علمی این امکان بوجود می‌آید که اقتصادی ترین روش ساخت و اجرای ساختمان بدست آید.
طراحی با توجه به روش مهاربندی
تمام ساختمانها باید برای مقاومت در برابر نیروی زلزله و باد و یا دیگر نیروهای افقی صلب شوند سیستم صلب کننده باید:
نیروهای جانبی را به فونداسیون منتقل کند.
تغییر مکانهای افقی را محدود کند.
در ساختمانهای بلند باید ملاحظات ویژه‌ای برای جلوگیری از ایجاد نوسانات ناشی از باد در نظر گرفته شود. بزرگی نیروهای افقی اعمال شده در اثر باد به عوامل زیر بستگی دارد:
سرعت باد
شکل آیرودینامیکی ساختمان
وضعیت سطح نما
روشهای صلب کردن
یک قاب سازه‌ای فولادی را می‌توان به یکی از روشهای زیر مهاربندی کرد:
سیستمهای قاب صلب
سیستمهای قاب بادبندی
دیوارهای بتنی بصورت دیوارهای برشی یا هسته‌های بتنی
انتخاب روش صحیح مهاربندی، اهمیت عمده‌ای در طراحی سازه‌ای دارد و حتی ممکن است کل اندیشه طراحی یک ساختمان بلند مرتبه را تحت تاثیر قرار دهد. مهار بندی به وسیله اعضای بادبندی یا دیوارهای بتنی به صورت دیافراگم صلب، نقاط ثابتی را در ساختمان ایجاد می‌کند، به گونه‌ای که آزادی عمل در جانمایی و معماری داخل ساختمان را محدود می‌کند.
طراحی با توجه به اجزای تشکیل دهنده فضاهای داخلی ساختمان
انتخاب سیستم مناسب برای اجزای داخلی ساختمان به عوامل مختلفی بستگی دارد. روشهای زیر به طور رایج در ساخت سقفهای متکی به تیرهای فولادی به کار می‌روند:
دال بتنی درجا بر روی قالب مناسب
دال بتنی پیش ساخته
عرشه فولادی با بتن درجا
عملکرد مرکب بین دال بتنی و تیر فولادی که در هر سه روش امکان‌پذیر است، سبب اقتصادی شدن ساخت میگردد. مسئله حفاظت قسمتهای فولادی سقف در برابر آتش‌سوزی باید در اجرای سقف در نظر گرفته شود. استفاده از سقف کاذب می‌تواند این کار را به خوبی انجام دهد. در سازه‌های اسکلت فلزی، معمولأ دیوارهای خارجی باربر نیستند، برای ساخت این دیوارها، بنابر شرایط موجود، از مصالح مختلف استفاده میشود.
لزوم محافظت در برابر حریق، خوردگی و عایق بندی صوتی
اغلب اظهار میشود که هزینه لازم برای محافظت ساختمانهای فلزی در برابر آتش‌سوزی و خوردگی و عایق بندی صوتی بسار زیاد است، ولی استفاده از راههای معقول و مناسب برای هر ساختمان، با توجه به سیستم بکار رفته در آن، می‌تواند باعث کاهش این هزینه شود. ایجا یک سیستم محافظت در برابر آتش‌سوزی در تمام ساختمانهای فلزی لازم و ضروری است. آنچه از اقتصادی در این مسئله حائز اهمیت است، استفاده از روش صحیح حفاظت اجزای فلزی است. اغلب المانهای داخلی ساختمان مانند سقف و دیوارهای داخلی و خارجی آن بعنوان یک سیستم محافظت در برابر آتش‌سوزی در ساختمان قابل استفاده است. تیرها و ستون‌های فلزی می‌تواند به روش مناسب در بین این اجزا مدفون شود. در غیر اینصورت باید با روش مناسب اسکلت فولادی ساختمان محافظت شود.
از آنجایی که زنگ زدگی در قطعات داخلی ساختمان فولادی با توجه به رطوبت ناچیز موجود در هوا بعید به نظر می‌رسد، محافظت در برابر خوردگی برای این قطعات یک مشکل جدی محسوب نمی‌شود. بنابراین حفاظت در برابر خوردگی فقط برای قطعات بیرونی و اجزایی که در معرض رطوبت هوا قرار دارند لازم و ضروری است.
مشخصات صوتی یک ساختمان، بستگی به خواص اجزای داخلی آن دارد مانند نوع سقف و سیستم دیوارهای جداکننده و تیغه‌ها. در این بین، سیستم اسکلت باربر ساختمان نقش کمتری دارد رفتار اسکلت یک ساختمان بتنی و فولادی، با یک سیستم فضاسازی داخلی مشابه، یکسان است.
توجیه اقتصادی سازه‌های فولادی
در ارزیابی اقتصادی یک ساختمان فولادی، فقط در نظر گرفتن قیمت مصالح ساختمانی و نیروی انسانی کفایت نمی‌کند و بقیه عوامل موثر در این موضوع باید مورد بررسی قرار گیرد. موارد زیر در اقتصاد یک ساختمان موثر است
قیمت زمین: بدلیل کوچک بودن مقاطع عرضی در ساختمانهای فولادی، فضای کمتری توسط اسکلت سازه اشغال شده و در مقایسه با سازه‌های بتنی، ساختمانهای فلزی در پلان دارای سطح موثر بیشتری هستند. بنابراین هزینه زمین در هر متر مربع مفید ساختمان، در ساختمانهای فلزی کمتر خواهد بود.
مصالح در دسترس
ارزش نهایی ساختمان: هرچه مدت زمان ساخت یک ساختمان کوتاهتر باشد، هزینه نهایی آن ساختمان کمتر خواهد بود. با توجه به روشهای مختلف ساخت سازه، متوجه می‌شویم که در مقایسه با سایر روشها، ساخت سازه‌های فلزی زمان کمتری صرف می‌کند.
هزینه اسکلت اصلی سازه (سفت کاری)
تاثیر نازک کاری
تاثیر نصب تجهیرات و تاسیسات
نحوه تاثیر این عوامل در بهره‌برداری بهینه از ساختمان
هزینه ایجاد تغییرات داخلی و بهسازی در ساختمان
هزینه تخریب (در ساختمانهای با عمر کوتاه)
میزان مصرف فولاد در ساختمانهای فلزی
در ساختمانهای فلزی، هزینه با توجه به میزان مصرف فولاد در هر متر مربع مساحت کف (تصویر افقی) یا متر مکعب ساختمان محاسبه میشود. هزینه ساخت و میزان مصرف فولاد به عوامل زیر بستگی دارد:
تعداد طبقات
بار اعمال شده به طبقات
دهانه‌ها در اطراف ستون
ضخامت سقف
سیستم سازه‌ای (سیستم انتقال بارهای قائم و جانبی)
انتقال بار در سازه‌های فولادی
سازه‌های فولادی مشتمل بر تعدادی تیر و ستون به شکل قاب و نیز شامل تعدادی تقویت کننده، به منظور ایستایی بیشتر میباشد. بدیهی است انتقال بارهای افقی و قائم از طریق این اجزاء صورت می‌گیرد. به این صورت که:
سقف، بارهای عمودی را تحمل کرده و بصورت افقی، از طریق تیرها به تکیه گاههای تیر منتقل می‌کند.
سیستم باربر قائم (ستون‌ها)، بارها را از تکیه گاههای دو سر تیر به فونداسیون انتقال می‌دهد.
همچنین سیستمهای مهاربندی قائم و افقی، بارهای جانبی ناشی از باد، زلزله، فشار زمین و ... را به فونداسیونها منتقل می‌نمایند.
ماهیت انتقال بار از طریق تیرها به تکیه گاهها و روش قرارگیری تیرها (تیر ریزی) به عوامل زیر بستگی دارد
نوع مقطع قابل استفاده با توجه به طراحی معماری
فواصل تکیه گاهها و طول دهانه تیر با توجه به طراحی سازه‌ها
روش انتقال بار توسط اجزای باربر
سیستم تکیه گاهی انتخاب شده (صلب، نیمه صلب، ساده)
تعریف ستون فلزی
ستون عضوی است که معمولأ به صورت عمودی در ساختمان نصب میشود و یارهای کف ناشی از طبقات به وسیله تیر و شاهتیر به آن منتقل میگردد و سپس به به زمین انتقال می‌یابد.
شکل ستون‌ها
شکل سطح مقطع ستون‌ها معمولا به مقدار و وضعیت بار وارد شده بستگی دارد. برای ساختن ستون‌های فلزی از انواع پروفیلها و ورقها استفاده میشود.
عموما ستون‌ها از لحاظ شکل ظاهری به دو گروه تقسیم میشوند
نیمرخ (پروفیل) نورد شده شامل انواع تیرآهن‌ها و قوطی‌ها: بهترین پروفیل نورد شده برای ستون، تیرآهن با پهن یا قوطیهای مربع شکل است؛ زیرا از نظر مقاومت بهتر از مقاطع دیگر عمل می‌کند. ضمن اینکه در بیشتر مواقع عمل اتصالات تیرها به راحتی روی آنها انجام می‌گیرد.
مقاطع مرکب: هرگاه سطح مقطع و مشخصات یک نیمرخ (پروفیل) به تنهایی برای ایستایی (تحمل بار وارد شده و لنگر احتمالی) یک ستون کافی نباشد، از اتصال چند پروفیل به یکدیگر، ستون مناسب آن (مقاطع مرکب) ساخته میشود.
راه‌نوردی نوعی پیاده‌رَوی در مسیر ناهموار و سخت و طولانی و به گردشگری که چنین مسیرهایی را بپیماید راه‌نورد گفته میشود. راه‌نوردی معمولاً در مسیرهایی انجام میشود که وسایط نقلیه در آنها حرکت نمی‌کنند.
راه‌نوردی با پیاده‌گَردی که نوعی پیاده‌رَوی به قصد گردش و لذت بردن از مناظر در مسیرهای روستایی یا مناطق کوهستانی است تفاوت دارد.
راه‌نوردها معمولاً کوله‌پشتی و توشه همراه خود می‌برند و مسیرهایی که قصد پیمودنش را دارند را از پیش بررسی و تعیین میکنند. راه‌نوردی گردشگران به‌ویژه در مسیرهایی در هیمالیا رواج دارد. در ایران از مسیرهای معروف راه‌نوردی می‌توان به دامنه‌های البرز در درکه و توچال اشاره کرد.
عابر پیاده
عابر پیاده به فردی گفته میشود که یک مسافت را با پا به صورت پیاده‌روی یا دو طی می‌کند. در بعضی از جوامع افرادی که از وسایل سبک و کم‌سرعتی مانند: اسکیت‌برد، ویلچر، roller skates، scooter و موارد مشابه برای حمل و نقل استفاده میکنند نیز جزو عابر پیاده محسوب می‌گردند.
در قوانین کنترل ترافیک و قوانین شهرسازی عابر پیاده حق و حقوق خاص به خود را داراست و برای وی امکانات خاصی در طراحی شهری و ترافیکی درنظر میگیرند.
گذر
گُذَر در فرهنگ اصطلاحات طهران قدیم به مکانهایی خاص در بافت قدیمی شهر اشاره داشت. گذرها معابری بودند که محلات مختلف شهرهای قدیم و به خصوص طهران را به یکدیگر متصل می ساختند. بر اساس نوشته ناصر نجمی بازارهای بی سقف تهران را گذر می گفته اند.
از گذرهای معروف تهران که تا امروز نیز نام آنها در بین مردم رواج دارد می توان به این گذرها اشاره نمود:
گذر امامزاده یحیی، گذر تقی خان، گذر حمام خانم (حمام قبله)، گذر حمام میرزا ولی ، گذر حمام نواب ، گذر دانگی ، گذر دباغخانه، گذر سرپولک ، گذر قلی ، گذر مروی ، گذر مستوفی (منسوب به مستوفی الممالک)، گذر مهدی موش ، گذر میرزا محمود وزیر ، گذر نوروزخان و البته از همۀ اینها معروفتر و مصطلح تر، گذر لوطی صالح.
پل
پل، سازه ای است فلزی، بتنی و یا با مصالح ساختمانی برای عبور راه، راه‌آهن و یا پیاده، از روی آب و یا مسیر راهی دیگر.
در تعریف قدیمی چنین می‌گفتند که پل طاقی است بر روی رودخانه، دره، یا هر نوع گذرگاه که رفت‌وآمد را ممکن می‌سازد. اما امروزه در مبحث مدیریت شهری، پل را سازه‌ای برای عبور از موانع فیزیکی قلمداد میکنند تا ضمن استفاده از فضا (نه صرفا سطح زمین) بتواند عبورومرور و دسترسی به اماکن را تسهیل کند.
یکی از عناصر پل‌سازی تیرهای سراسری هستند.
بزرگترین پل ایران
پل شهید کلانتری طولانی‌ترین پل ساخته‌شده در ایران (سه برابر طولانی‌ترین پل پیشین) به طول هزار و هفتصد و نه متر میباشد که بر روی دریاچه ارومیه ساخته شده‌است و فاصله میان دو شهر تبریز و ارومیه به 135 کیلومتر تغییر داده‌است. این پل در ۲۷ آبان سال ۱۳۸۷ به بهره‌برداری رسید.
انواع پلها
پل قوسی
پل فلزی
پل بتنی مسطح
پل بازویی
پل کابلی
پل نظامی
پل معلق
پل تشریفاتی
پل سواره‌رو
پل هوایی
پل مسطح
ساده ترین نوع پل است که اجزای اصلی آن عبارتند از یک ورقه ی مسطح و پایه هایی است که در طول پل مستقر شده اند و وزن پل و بار روی پل را به زمین منتقل میکنند. این پل ها به علت طراحی ساده و اولیه ای که دارند و مصالح کمی که در فواصل کوتاه لازم دارند به تعداد زیاد در روستا ها مورد بهره بهداری قرار میگیرند .
پل قوسی
پل قوسی، پلی است با تکیه گاههای انتهائی در هر طرف، که شکلی نیم دایره مانند دارد. پلی که از رشته‌ای از قوسها تشکیل شده باشد، پل دره‌ای نامیده میشود. پل قوسی ابتدا توسط یونانی‌ها و از سنگ ساخته شد. بعدها، مردم باستان از ملات در پلهای قوسی خود استفاده کردند.
با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد این پلها را طوری انتخاب میکنند که بارهای قائم وارده تبدیل به یک نیروی فشاری در امتداد قوس شود. بنا براین در مناطقی با کیفیت خاک مناسب، می‌توان دهانه‌های بزرگ (تا حدود ۵۰۰ متر) را با پلهای قوسی طی نمود.
پل کابلی
تاریخچه پل کابلی
با اینکه به نظر می‌رسد پلهای کابلی به آینده چشم دوخته‌اند، ایده آنها مسیر طولانی را پیموده‌است. اولین طرح شناخته شده از یک پل کابلی در کتابی به نام "ماشین‌های نوواً - منتشر شده در سال ۱۵۹۵ - آورده شده ولی این ایده تا قرن حاضر که مهندسان شروع به استفاده از پلهای کابلی نمودند؛ مورد استقبال واقع نشده بود. در جنگ جهانی دوم که فولاد کمیاب بود، این طرح برای بازسازی پلهای بمباران شد که هنوز فوندانسیون هایشان پابرجاست، کامل بود. با اینکه از احداث پلهای کابلی در آمریکا دیری نمی‌گذرد، واکنش‌ها در این مورد بسیار مثبت بوده‌است.
پل کابلی و نحوه عملکرد آن
یک پل کابلی نوعی، یک تیر حمال(عرشه پل) پیوسته با یک یا چند برج بنا شده بالای پایه‌های پل در وسط دهانه‌است. از این برجها، کابلها به صورت اریب به سمت پایین (معمولاً هر دو طرف) کشیده شده و تیر حمال(عرشه پل) را نگه می‌دارد. کابل‌های فولادی بی نهایت قوی و در عین حال بسیار انعطاف پذیر هستند. کابلها بسیار مقرون به صرفه می‌باشند چون سبب ساخت سازه‌ای سبکتر و باریکتر شده که در عین حال قادر به پل زدن بین مصافت‌های بیشتری است.اگرچه تنها تعداد کمی از آنها برای نگه داشتن کل پل قوی هستند، انعطاف پذیریشان آنها را در مقابل نیروهایی که به ندرت در نظر گرفته میشوند مانند باد؛ ضعیف می‌نماید. برای پلهای کابلی با دهانه‌های طولانی به خاطر تضمین ثبات و پایداری کابلها و پل در مقابل باد، می‌بایست مطالعات دقیقی انجام شود. وزن سبکتر پل یک وضع نامساعد در بادهای سهمگین و یک مزیت در مقابل زلزله محسوب میشود. نشست غیر هم سطح فوندانسیون‌ها که به مرور زمان یا طی یک زلزله روی می‌دهد، می‌تواند پل کابلی را دچار آسیب کند. پس باید در طراحی فوندانسیون‌ها دقت به عمل آورد. ظاهر مدرن و در عین حال ساده پل کابلی آن را به یک شاخص واضح و جذاب تبدیل کرده‌است. خصوصیات منحصر به فرد کابلها و به طور کلی سازه، طراحی پل را بسیار پیچیده می‌نماید. برای دهانه‌های طولانی تر، جایی که باد و نوسانات باید مورد توجه قرار گیرند؛ محاسبات بی نهایت پیچیده‌اند و عملاً بدون کمک کامپیوتر و آنالیز کامپیوتری غیر ممکن می‌باشند. علاوه بر این ساخت پل کیده‌ای مشکل میباشد. اتصالات، برجها، تیرهای حمال و مسیر کابلها سازه‌های پیچیده‌ای هستند که مستلزم ساخت دقیق می‌باشند.
طبقه‌بندی پلهای کابلی
طبقه‌بندی واضحی برای پلهای کابلی وجود ندارد. به هر حال آنها می‌توانند توسط تعداد دهانه‌ها، برجها و کابلها و همچنین نوع تیرهای حمال از یکدیگر تمیز داده شوند. تنوع بسیاری در تعداد و نوع برجها و همچنین تعداد و چینش کابلها وجود دارد. برج‌های نوعی به صورت تکی، دوتایی، دروازه‌ای و یا حتی برج‌های A شکل استفاده شده‌اند. علاوه بر این چینش کابلها به طور عمده‌ای متفاوت می‌باشند. بعضی اقسام دارای چینش تکی، چنگی(موازی)، پنکه ای(شعاعی) و ستاره‌ای هستند. در بعضی موارد تنها کابل‌های یک طرف برج به عرشه وصل میشوند و طرف دیگر روی یک فندانسیون یا وزنه برابری لنگر می‌اندازند.
پلهای کابلی عمدتا به دو بخش ترکه ای و معلق تقسیم بندی می شود.پل های معلق در دهانه های خیلی بزرگ به کار می روندترکیب این پلها عبارت است از دو عددپایه بلند که در دو طرف دهانه قرار دارد و دو دسته کابل که با عبور از بالای پایه ها در دهانه آویزان است و دو انتهای کابل ها در تکیه گاه ثابتی که معمولا بلوک های حجیم بتنی هستند مهار میشود و عرشه توسط تعدادی آویز قائم آویخته می شود.پل های معلق مدرن برای دهانه های بیش از 300متر اقتصادی بوده و اگر عرشه فلزی که سبکتر از نوع بتنی میباشد استفاده شود مقرون به صرفه تر است.پلهای ترکه ای به علت سختی وزیبایی و اقتصاد طرح و سهولت اجرا از سال 1950 میلادی رواج زیادی یافت .اصل اساسی در بررسی رفتار پلهای ترکه ای این است که توسط کابل های متعددی به یک پایه بلند نصب شده اند و دهانه پل در نقاط متعددی گرفته میشود .در این پلها عرشه به صورت صلب از یک طرف روی کوله های پایه ها و از طرف دیگر با کابلها مهار میشوند.پایه های میانی پل به شکل H A I بوده است پلهای ترکه ای با عرشه بتنی تا دهانه های 100ال 700 متر اقتصادی بوده است.ارسال از امید اسداللهی دانشجویی رشته مهندسی راهسازی دانشگاه راه و ترابری.
مزایای و تفاوت‌های پل کابلی
برای طول متوسط دهانه‌ها (۱۵۰ تا ۸۵۰ متر) پل کابلی سریعترین انتخاب مناسب برای یک پل میباشد. نتیجه یک پل مقرون به صرفه‌است که زیبایی آن غیر قابل انکار است. همچنین پل کابلی بهترین پل برای طول دهانه بین پلهای بازویی و معلق میباشد. در این محدوده طول دهانه، یک پل معلق مقدار بسیار بیشتری کابل نیاز خواهد داشت و این در حالی است که یک پل بازویی کامل، به طور قابل ملاحضه‌ای به مصالح بیشتر نیاز دارد که آن را به مقدار چشمگیری سنگین تر می‌نماید. ممکن است به نظر برسد پل کابلی شبیه پل معلق است. با اینکه هر دو دارای عرشه هستند که از کابلها آویزانند و هر دو دارای برج هستند؛ ولی این دو پل بار عرشه را به طرق بسیار متفاوتی نگه می‌دارند. این اختلافات در چگونگی اتصال کابلها به برج میباشد. در پل معلق کابلها آزادانه از این سر تا آن سر دو برج کشیده شده‌اند و انتقال بار به تکیه گاههای واقع در هر انتها صورت می‌گیرد. در پل کابلی، کابلها در حالی که به برجها متصلند به تنهایی بار را تحمل میکنند. در مقایسه با پلهای معلق، پل کابلی به کابل کمتری نیاز دارد، می‌توان آن را از قطعات بتن پیش ساخته مشابه ساخت و همچنین احداث آن سریع تر است.
مهار کابلی چگونه کار می‌کند؟
بایستید و دستان خود را به صورت افقی در هر طرف دراز کنید. فرض کنید آنها پل هستند و سرتان نیز برجی در وسط آن است. در این موقعیت ماهیچه‌های شما دستانتان را نگاه می‌دارد. سعی کنید یک مهار کابلی برای نگه داشتن دستانتان بسازید. یک تکه طناب به طول حدودی ۱۵۰ سانتیمتر بردارید. از یک دستیار بخواهید هر یک از دو انتهای طناب را به هر یک از آرنج هایتان ببندد. سپس وسط طناب را روی سر خود قرار دهید. اینک طناب مانند یک مهار کابلی عمل می‌کند و آرنج هایتان را بالا نگه می‌دارد. از دستیارتان بخواهید تکه طناب دیگری به طول حدودی ۱۸۰ سانتی متر را این بار به مچهایتان ببندد. طناب دوم را روی سرتا ن قرار دهید. حالا شما صاحب دو مهار کابلی هستید. فشردگی و فشار نیرو را در کجا احساس می‌کنید؟ ببینیدتاتن مهار کابلی چگونه بار پل (دست هایتان) را به برج (سر شما) منتقل می‌کند!
پلهای تشریفاتی
جهت زیباتر شدن، بعضی پلها با ارتفاع بیشتر از حد نیاز ساخته میشوند. این نوع پل که بیشتر در باغهای نمادین موجود در شرق آسیا ساخته شده‌است، پل ماه(Moon Bridge)نیز خوانده میشود(از آنجایی که این نوع پل یادآور چگونگی حرکت ماه در آسمان است). بعضی این پلهای موحود در این باغها ممکن است فقط روی یک سری بستر رودهای خشک که جربان آب سنگ ریزه‌های ته رود را شسته‌است گذر کنند. در قصرها اغلبا این پلها بر روی آبراهای مصنوعی به عنوان سمبل یک مسیر خاص به یک مکان خیلی مهم یا یک مکان خیالی و فرضی ساخته شده‌اند. برای نمونه 5 پل در شهر ممنوعه در پکن(پایتخت چین) بر روی یک سری آبراه پر پیج خم ساخته شده‌اند که پل مرکزی تنها جهت عبور امپراطور، همسر امپراطور و فرزندانشان بوده‌است.
پل قوسی
پل قوسی (به انگلیسی: Arch Bridge)، نوعی پل است که در قسمت انتهایی دارای تکیه‌گاه‌هایی به شکل قوس منحنی است. پل قوسی، وزن خود پل و بارهای وارده به آن را به صورت نیروی افقی -که توسط تکیه‌گاه‌ها مهار شده‌اند- منتقل می‌کند. یک پل راه‌آهن، ممکن است با استفاده از سلسله‌ای از پلهای قوسی ساخته شود. با این حل، سازه‌های دیگری که اقتصادی‌تر هستند، امروزه کاربرد بیشتری دارند.
پل معلق
پل معلق پلی است که عرشهٔ آن از کابل‌های معلق آویزان شده باشد. تاریخ این نوع پلها به اوایل قرن ۱۹ باز میگردد.
این نوع پلها دارای کابل‌های معلق بین برجها، همراه با کابل‌های معلق عمودی هستند که وزن عرشه را تحمل میکنند.
سازه فولادی
سازه فولادی نوعی سازه است که مصالح اصلی آن که برای تحمل نیروها و انتقال آنها به کار می‌رود از فولاد است. اتصالات به کار رفته در این نوع سازه‌ها از نوع جوشی، پرچی و یا پیچ میباشد و بسته به نوع اتصالات قطعات طرح شده و کنترل‌های مربوطه بر روی آنها انجام میشود.
در حال حاضر فولاد از مهمترین مصالح برای ساخت ساختمان و پل و سایر سازه‌های ثابت است مقاومت فولاد (تنش تسلیم) مورد استفاده در بازه۲۴۰۰ تا ۷۰۰۰ kgr/cm ۲ است که برای ساختمانهای معمولی از فولاد با مقاومت ۲۴۰۰ که به آن فولاد نرمه گفته میشود استفاده میگردد.
نقش فولاد در ساختمان
فولاد یکی از مهمترین مصالح ساختمانی به شمار می‌آید. فولاد از احیا شدن سنگ آهن، به همراه کک و اکسیژن در کوره‌های بلند با درجه حرارت زیاد بدست می اید. آهن خام که به این ترتیب به دست می‌آید بین ۳ تا ۴ درصد کربن دارد.
مشخصات مکانیکی فولاد
مهمترین مشخصه مکانیکی فولاد نمودار تنش _ کرنش آن میباشد که از روی آن تنش تسلیم و یا تنش جاری شدن بدست می‌آید.
فولاد بعنوان ماده‌ای با مشخصات خاص و منحصر بفرد، مدتهاست در ساخت ساختمانها کاربرد دارد. قابلیت اجرای دقیق، رفتار سازه ای معین، نسبت مقاومت به وزن مناسب، در کنار امکان اجرای سریع سازه‌های فولادی همراه با جزئیات و ظرافتهای معماری، فولاد را بعنوان مصالحی منحصر و ارزان در پروژه‌های ساختمانی مطرح نموده است؛ به نحوی که اگر ضعفهای محدود این ماده نظیر مقاومت کم در برابر خوردگی و عدم مقاومت در آتش‌سوزیهای شدید به درستی مورد توجه و کنترل قرار گیرند، امکانات وسیعی در اختیار طراح قرار می‌دهد که در هیچ ماده دیگر قابل دستیابی نیست. فولاد، آلیاژ ی از آهن و کربن است که کمتر از ۲ درصد کربن دارد. در فولاد ساختمانی عمومأ در حدود ۳ درصد کربن و ناخالصیهای دیگری مانند فسفر، سولفور، اکسیژن و نیتروژن و چند ماده دیگر موجود میباشد. ساخت فولاد شامل اکسیداسیون و جدانمودن عناصر اضافی و غیر ضروری موجود در محصول کوره بلند و اضافه کردن عناصر مورد نیاز برای تولید ترکیب دلخواه است. برای ساخت فولاد، از چهار روش اصلی استفاده میشود. این روشها عبارتند از: روش کوره باز، روش دمیدن اکسیژن، روش کوره برقی، روش خلاء.
آنچه فولاد را به عنوان یک مصالح ساختمانی مناسب معرفی کرده می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
تغییر شکل در اثر بارگذاری و ایجاد تنش یکنواخت
وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک
شکل پذیری
خاصیت چکش خواری و تورق
خاصیت خمش پذیری
خاصیت فنری و جهندگی
خاصیت چقرمگی
خاصیت سختی استاتیکی و دینامیکی
مقاومت نسبی بالا
ضریب ارتجاعی بالا
جوش پذیری
همگن بودن
امکان استفاده از ضایعات
امکان تقویت مقاطع در صورت نیاز
دسته‌بندی
سازه‌های فولادی به سه دسته تقسیم میشوند
سازه‌های قاب بندی شده:که مجموعه‌ای از اعضای محوری، خمشی و یا محوری خمشی اند.
سازه‌های پوسته‌ای: منابع تگهداری مایعات و گازها که نیروی محوری حاکم است.
سازه‌های معلق: که در آن نیروی کششی حاکم است.
منظور از سازه‌های فولادی در عمران معمولاً سازه‌های قاب بندی شده است. نقش قاب در ساختمان انتقال بارهای مرده و بار زنده و زلزله و بار برف از سازه به پی میباشد. و پایداری کلی سازه راحفظ می‌کند.
برای ساخت سازه‌های ساختمانی بیشتر از پروفیل‌های نورد شده استفاده میشود اگر ابعاد طراحی شده مقادیر دیگری باشد می‌توان با استفاده از ورق‌های موجود در بازار پروفیل مربوطه را تهیه کرد.
طراحی ساختمانهای فولادی
انتخاب نوع مقطع، روش ساخت، روش بهره‌برداری و محل ساخت ساختمان، خصوصیات و ویزگیهای متنوعی برای ساخت اسکلت باربر یک ساختمان بوجود می‌آورد. مزیتهای هر سیستم سازه ای و مصالح مورد نیاز آن سیستم را در صورتی می‌توان بکار برد که خصوصیات و ویژگیهای آن مصالح و سیستمها در مرحله طراحی به حساب آورده شود و طراح باید در مورد هر یک از مصالح به درستی قضاوت کند. این موضوع بویژه در ساختمانهایی که اسکلت فولادی دارند ضروری است. معیارهای سازه ای زیر اهمیت زیادی در طراحی کلی و ستون گذاری ساختمان دارد: - نوع مقطع - آرایش و روش قرار گیری مقاطع - فواصل تکیه گاهی - اندازه دهانه‌های سقف - نوع مهاربندی - نوع سیستم صلب کننده - محل قرارگیری سیستم صلب کننده (سیستم فضاسازی داخلی)
برای استفاده بهینه از خواص مطلوب ساختمانهای فولادی، سیستم فضاسازی داخلی باید بگونه‌ای اختیار شود که
متشکل از قطعات پیش ساخته باشد، بدین منظور که سرعت بیشتر نصب و برپایی سازه، موجب کوتاه شدن زمان کلی ساخت میشود.
قطعات سبک باشد تا وزن کلی ساختمان به حداقل ممکن برسد.
نوع سیستم انتخاب شده، سازگار با سیستم سازه‌ای انتخاب شده باشد.
با یک روش اقتصادی قابل محافظت در برابر آتش باشد.
فضاهای داخلی ساختمان فلزی معمولأ شامل:
سقفها
بام
دیوارهای خارجی
دیوارهای داخلی
سیستم رفت و آمد (پله و آسانسور) میباشد که با هماهنگی دقیق و علمی این امکان بوجود می‌آید که اقتصادی ترین روش ساخت و اجرای ساختمان بدست آید.
طراحی با توجه به روش مهاربندی
تمام ساختمانها باید برای مقاومت در برابر نیروی زلزله و باد و یا دیگر نیروهای افقی صلب شوند سیستم صلب کننده باید:
نیروهای جانبی را به فونداسیون منتقل کند.
تغییر مکانهای افقی را محدود کند.
در ساختمانهای بلند باید ملاحظات ویژه‌ای برای جلوگیری از ایجاد نوسانات ناشی از باد در نظر گرفته شود. بزرگی نیروهای افقی اعمال شده در اثر باد به عوامل زیر بستگی دارد:
سرعت باد
شکل آیرودینامیکی ساختمان
وضعیت سطح نما
روشهای صلب کردن
یک قاب سازه‌ای فولادی را می‌توان به یکی از روشهای زیر مهاربندی کرد:
سیستمهای قاب صلب
سیستمهای قاب بادبندی
دیوارهای بتنی بصورت دیوارهای برشی یا هسته‌های بتنی
انتخاب روش صحیح مهاربندی، اهمیت عمده‌ای در طراحی سازه‌ای دارد و حتی ممکن است کل اندیشه طراحی یک ساختمان بلند مرتبه را تحت تاثیر قرار دهد. مهار بندی به وسیله اعضای بادبندی یا دیوارهای بتنی به صورت دیافراگم صلب، نقاط ثابتی را در ساختمان ایجاد می‌کند، به گونه‌ای که آزادی عمل در جانمایی و معماری داخل ساختمان را محدود می‌کند.
طراحی با توجه به اجزای تشکیل دهنده فضاهای داخلی ساختمان
انتخاب سیستم مناسب برای اجزای داخلی ساختمان به عوامل مختلفی بستگی دارد. روشهای زیر به طور رایج در ساخت سقفهای متکی به تیرهای فولادی به کار می‌روند:
دال بتنی درجا بر روی قالب مناسب
دال بتنی پیش ساخته
عرشه فولادی با بتن درجا
عملکرد مرکب بین دال بتنی و تیر فولادی که در هر سه روش امکان‌پذیر است، سبب اقتصادی شدن ساخت میگردد. مسئله حفاظت قسمتهای فولادی سقف در برابر آتش‌سوزی باید در اجرای سقف در نظر گرفته شود. استفاده از سقف کاذب می‌تواند این کار را به خوبی انجام دهد. در سازه‌های اسکلت فلزی، معمولأ دیوارهای خارجی باربر نیستند، برای ساخت این دیوارها، بنابر شرایط موجود، از مصالح مختلف استفاده میشود.
لزوم محافظت در برابر حریق، خوردگی و عایق بندی صوتی
اغلب اظهار میشود که هزینه لازم برای محافظت ساختمانهای فلزی در برابر آتش‌سوزی و خوردگی و عایق بندی صوتی بسار زیاد است، ولی استفاده از راههای معقول و مناسب برای هر ساختمان، با توجه به سیستم بکار رفته در آن، می‌تواند باعث کاهش این هزینه شود. ایجا یک سیستم محافظت در برابر آتش‌سوزی در تمام ساختمانهای فلزی لازم و ضروری است. آنچه از اقتصادی در این مسئله حائز اهمیت است، استفاده از روش صحیح حفاظت اجزای فلزی است. اغلب المانهای داخلی ساختمان مانند سقف و دیوارهای داخلی و خارجی آن بعنوان یک سیستم محافظت در برابر آتش‌سوزی در ساختمان قابل استفاده است. تیرها و ستون‌های فلزی می‌تواند به روش مناسب در بین این اجزا مدفون شود. در غیر اینصورت باید با روش مناسب اسکلت فولادی ساختمان محافظت شود.
از آنجایی که زنگ زدگی در قطعات داخلی ساختمان فولادی با توجه به رطوبت ناچیز موجود در هوا بعید به نظر می‌رسد، محافظت در برابر خوردگی برای این قطعات یک مشکل جدی محسوب نمی‌شود. بنابراین حفاظت در برابر خوردگی فقط برای قطعات بیرونی و اجزایی که در معرض رطوبت هوا قرار دارند لازم و ضروری است.
مشخصات صوتی یک ساختمان، بستگی به خواص اجزای داخلی آن دارد مانند نوع سقف و سیستم دیوارهای جداکننده و تیغه‌ها. در این بین، سیستم اسکلت باربر ساختمان نقش کمتری دارد رفتار اسکلت یک ساختمان بتنی و فولادی، با یک سیستم فضاسازی داخلی مشابه، یکسان است.
توجیه اقتصادی سازه‌های فولادی
در ارزیابی اقتصادی یک ساختمان فولادی، فقط در نظر گرفتن قیمت مصالح ساختمانی و نیروی انسانی کفایت نمی‌کند و بقیه عوامل موثر در این موضوع باید مورد بررسی قرار گیرد. موارد زیر در اقتصاد یک ساختمان موثر است
قیمت زمین: بدلیل کوچک بودن مقاطع عرضی در ساختمانهای فولادی، فضای کمتری توسط اسکلت سازه اشغال شده و در مقایسه با سازه‌های بتنی، ساختمانهای فلزی در پلان دارای سطح موثر بیشتری هستند. بنابراین هزینه زمین در هر متر مربع مفید ساختمان، در ساختمانهای فلزی کمتر خواهد بود.
مصالح در دسترس
ارزش نهایی ساختمان: هرچه مدت زمان ساخت یک ساختمان کوتاهتر باشد، هزینه نهایی آن ساختمان کمتر خواهد بود. با توجه به روشهای مختلف ساخت سازه، متوجه می‌شویم که در مقایسه با سایر روشها، ساخت سازه‌های فلزی زمان کمتری صرف می‌کند.
هزینه اسکلت اصلی سازه (سفت کاری)
تاثیر نازک کاری
تاثیر نصب تجهیرات و تاسیسات
نحوه تاثیر این عوامل در بهره‌برداری بهینه از ساختمان
هزینه ایجاد تغییرات داخلی و بهسازی در ساختمان
هزینه تخریب (در ساختمانهای با عمر کوتاه)
میزان مصرف فولاد در ساختمانهای فلزی
در ساختمانهای فلزی، هزینه با توجه به میزان مصرف فولاد در هر متر مربع مساحت کف (تصویر افقی) یا متر مکعب ساختمان محاسبه میشود. هزینه ساخت و میزان مصرف فولاد به عوامل زیر بستگی دارد:
تعداد طبقات
بار اعمال شده به طبقات
دهانه‌ها در اطراف ستون
ضخامت سقف
سیستم سازه‌ای (سیستم انتقال بارهای قائم و جانبی)
انتقال بار در سازه‌های فولادی
سازه‌های فولادی مشتمل بر تعدادی تیر و ستون به شکل قاب و نیز شامل تعدادی تقویت کننده، به منظور ایستایی بیشتر میباشد. بدیهی است انتقال بارهای افقی و قائم از طریق این اجزاء صورت می‌گیرد. به این صورت که:
سقف، بارهای عمودی را تحمل کرده و بصورت افقی، از طریق تیرها به تکیه گاههای تیر منتقل می‌کند.
سیستم باربر قائم (ستون‌ها)، بارها را از تکیه گاههای دو سر تیر به فونداسیون انتقال می‌دهد.
همچنین سیستمهای مهاربندی قائم و افقی، بارهای جانبی ناشی از باد، زلزله، فشار زمین و ... را به فونداسیونها منتقل می‌نمایند.
ماهیت انتقال بار از طریق تیرها به تکیه گاهها و روش قرارگیری تیرها (تیر ریزی) به عوامل زیر بستگی دارد
نوع مقطع قابل استفاده با توجه به طراحی معماری
فواصل تکیه گاهها و طول دهانه تیر با توجه به طراحی سازه‌ها
روش انتقال بار توسط اجزای باربر
سیستم تکیه گاهی انتخاب شده (صلب، نیمه صلب، ساده)
تعریف ستون فلزی
ستون عضوی است که معمولأ به صورت عمودی در ساختمان نصب میشود و یارهای کف ناشی از طبقات به وسیله تیر و شاهتیر به آن منتقل میگردد و سپس به به زمین انتقال می‌یابد.
شکل ستون‌ها
شکل سطح مقطع ستون‌ها معمولا به مقدار و وضعیت بار وارد شده بستگی دارد. برای ساختن ستون‌های فلزی از انواع پروفیلها و ورقها استفاده میشود.
عموما ستون‌ها از لحاظ شکل ظاهری به دو گروه تقسیم میشوند
نیمرخ (پروفیل) نورد شده شامل انواع تیرآهن‌ها و قوطی‌ها: بهترین پروفیل نورد شده برای ستون، تیرآهن با پهن یا قوطیهای مربع شکل است؛ زیرا از نظر مقاومت بهتر از مقاطع دیگر عمل می‌کند. ضمن اینکه در بیشتر مواقع عمل اتصالات تیرها به راحتی روی آنها انجام می‌گیرد.
مقاطع مرکب: هرگاه سطح مقطع و مشخصات یک نیمرخ (پروفیل) به تنهایی برای ایستایی (تحمل بار وارد شده و لنگر احتمالی) یک ستون کافی نباشد، از اتصال چند پروفیل به یکدیگر، ستون مناسب آن (مقاطع مرکب) ساخته میشود.
خط مشی جاوا
یکی از ویژگیهای جاوا قابل حمل بودن آن است. یعنی برنامهٔ نوشته شده به زبان جاوا باید به طور مشابهی در کامپیوترهای مختلف با سخت‌افزارهای متفاوت اجرا شود. و باید این توانایی را داشته باشد که برنامه یک بار نوشته شود، یک بار کامپایل شود و در همه کامپیوترها اجرا گردد. به این صورت که کد کامپایل شدهٔ جاوا را ذخیره می‌کند، اما نه به‌صورت کد ماشین بلکه به‌صورت بایت‌کد جاوا. دستورالعمل‌ها شبیه کد ماشین هستند، اما با ماشین‌های مجازی که به طور خاص برای سخت‌افزارهای مختلف نوشته شده‌اند، اجرا میشوند. در نهایت کاربر از سکوی جاوا نصب شده روی ماشین خود یا مرورگر وب استفاده می‌کند. کتابخانه‌های استاندارد یک راه عمومی برای دسترسی به ویژگیهای خاص فراهم میکنند. مانند گرافیک، نخ‌کشی و شبکه. در بعضی از نسخه‌های ماشین مجازی جاوا، بایت‌کدها می‌توانند قبل و در زمان اجرای برنامه به کدهای محلی کامپایل شوند. فایدهٔ اصلی استفاده از بایت‌کد، قسمت کردن است. اما ترجمهٔ کلی یعنی برنامه‌های ترجمه شده تقریباً همیشه کندتر از برنامه‌های کامپایل شدهٔ محلی اجرا میشوند. این شکاف می‌تواند با چند تکنیک خوش‌بینانه که در کاربردهای JVM قبلی معرفی شد، کم شود. یکی از این تکنیک‌ها JIT است که بایت‌کد جاوا را به کد محلی ترجمه کرده و سپس آن را پنهان می‌کند. در نتیجه برنامه خیلی سریع‌تر نسبت به کدهای ترجمه شدهٔ خالص شروع و اجرا میشود. بیشتر VMهای پیشرفته، به‌صورت کامپایل مجدد پویا، در آنالیز VM، رفتار برنامهٔ اجرا شده و کامپایل مجدد انتخاب شده و بهینه‌سازی قسمتهای برنامه، استفاده میشوند. کامپایل مجدد پویا می‌تواند کامپایل ایستا را بهینه‌سازی کند. زیرا می‌تواند قسمت hot spot برنامه و گاهی حلقه‌های داخلی که ممکن است زمان اجرای برنامه را افزایش دهند را تشخیص دهد. کامپایل JIT و کامپایل مجدد پویا به برنامه‌های جاوا اجازه می‌دهد که سرعت اجرای کدهای محلی بدون از دست دادن قابلیت انتقال افزایش پیدا کند.
تکنیک بعدی به عنوان کامپایل ایستا شناخته شده‌است. که کامپایل مستقیم به کدهای محلی است مانند بسیاری از کامپایلرهای قدیمی. کامپایلر ایستای جاوا، بایت‌کدها را به کدهای شی محلی ترجمه می‌کند.
کارایی جاوا نسبت به نسخه‌های اولیه بیشتر شد. در تعدادی از تست‌ها نشان داده شد که کارایی کامپایلرJIT کاملاًَ مشابه کامپایلر محلی شد. عملکرد کامپایلرها لزوماً کارایی کدهای کامپایل شده را نشان نمی‌دهند. یکی از پیشرفت‌های بی نظیر در در زمان اجرای ماشین این بود که خطاها ماشین را دچار اشکال نمی‌کردند. علاوه بر این در زمان اجرای ماشینی مانند جاوا وسایلی وجود دارد که به زمان اجرای ماشین متصل شده و هر زمانی که یک استثنا رخ می‌دهد، اطلاعات اشکال زدایی که در حافظه وجود دارد، ثبت میکنند.
پیاده‌سازی
شرکت سان میکروسیستم مجوز رسمی برای پلت فرم استاندارد جاوا را به مایکروسافت ویندوز, لینوکس، و سولاریس (سیستم‌عامل). داده‌است. همچنین محیط‌های دیگری برای دیگر پلت فرم‌ها فراهم آورده‌است. علامت تجاری مجوز شرکت سان میکروسیستم طوری بود که با همهٔ پیاده‌سازی‌ها سازگار باشد. به علت اختلاف قانونی که با ماکروسافت پیدا کرد، زمانی که شرکت سان ادعا کرد که پیاده‌سازی ماکروسافت از RMI یا JNI پشتیبانی نکرده و ویژگیهای خاصی را برای خودش اضافه کرده‌است. شرکت سان در سال ۱۹۹۷ پیگیری قانونی کرد و در سال ۲۰۰۱ در توافقی ۲۰ میلیون دلاری برنده شد. در نتیجه کمی بعدماکروسافت جاوا را به ویندوز فرستاد. در نسخهٔ اخیر ویندوز، مرورگر اینترنت نمی‌تواند از جاوا پلت فرم پشتیبانی کند. شرکت سان و دیگران یک سیستم اجرای جاوای رایگان برای آنها و نسخه‌های دیگر ویندوز فراهم آوردند.
اداره خودکار حافظه
جاوا از حافظهٔ بازیافتی خودکار برای ادارهٔ حافظه در چرخهٔ زندگی یک شی استفاده می‌کند. برنامه‌نویس زمانی که اشیا به وجود می‌آیند، این حافظه را تعیین می‌کند. و در زمان اجرا نیز، زمانی که این اشیا در استفادهٔ زیاد طولانی نباشند، برنامه نویس مسئول بازگرداندن این حافظه‌است. زمانی که مرجعی برای شی‌های باقی‌مانده نیست، شی‌های غیر قابل دسترس برای آزاد شدن به صورت خودکار توسط بازیافت حافظه، انتخاب میشوند. اگر برنامه‌نویس مقداری از حافظه را برای شی‌هایی که زیاد طولانی نیستند، نگه دارد، چیزهایی شبیه سوراخ حافظه اتفاق می‌افتند.
یکی از عقایدی که پشت سر مدل ادارهٔ حافظهٔ خودکار جاوا وجود دارد، این است که برنامه‌نویس هزینهٔ اجرای ادارهٔ دستی حافظه را نادیده می‌گیرد. در بعضی از زبان‌ها حافظه لازم برای ایجاد یک شی، به صورت ضمنی و بدون شرط، به پشته تخصیص داده میشود. و یا به‌طور صریح اختصاص داده شده و از heap بازگردانده میشود. در هر کدام از این راه‌ها، مسئولیت ادارهٔ اقامت حافظه با برنامه‌نویس است. اگر برنامه شی را برنگرداند، سوراخ حافظه اتفاق می‌افتد. اگر برنامه تلاش کند به حافظه‌ای را که هم‌اکنون بازگردانده شده، دستیابی پیدا کند یا برگرداند، نتیجه تعریف شده نیست و ممکن است برنامه بی‌ثبات شده و یا تخریب شود. این ممکن است با استفاده از اشاره‌گر مدتی باقی بماند، اما سرباری و پیچیدگی برنامه زیاد میشود. بازیافت حافظه اجازه دارد در هر زمانی اتفاق بیفتد. به‌طوری که این زمانی اتفاق می‌افتد که برنامه بی‌کار باشد. اگر حافظهٔ خالی کافی برای تخصیص شی جدید در هیپ وجود نداشته باشد، ممکن است برنامه برای چند دقیقه متوقف شود. در جایی که زمان پاسخ یا اجرا مهم باشد، ادارهٔ حافظه و منابع اشیا استفاده میشوند.
جاوا از نوع اشاره‌گر ریاضی C و ++C پشتیبانی نمی‌کند. در جایی که آدرس اشیا و اعداد صحیح می‌توانند به جای هم استفاده شوند. همانند ++C و بعضی زبان‌های شی‌گرای دیگر، متغیرهای نوع‌های اولیهٔ جاوا شی‌گرا نبودند. مقدار نوع‌های اولیه، مستقیماً در فیلدها ذخیره میشوند. در فیلدها (برای اشیا) و در پشته (برای توابع)، بیشتر از هیپ استفاده میشود. این یک تصمیم هوشیارانه توسط طراح جاوا برای اجرا است. به همین دلیل جاوا یک زبان شی‌گرای خالص به حساب نمی‌آید.
گرامر
گرامر جاوا وسیع‌تر از ++C است و برخلاف ++C که ترکیبی است از ساختارها و شی‌گرایی، زبان جاوا یک زبان شی‌گرای خالص میباشد. فقط نوع دادة اصلی از این قاعده مستثنی است. جاوا بسیاری از ویژگی‌ها را پشتیبانی می‌کند و از کلاس‌ها برای ساده‌تر کردن برنامه‌نویسی و کاهش خطا استفاده می‌کند.
بر طبق قرارداد فایل هل بعد از کلاس‌های عمومی نام گذاری میشوند. سپس باید پسوند java را به این صورت اضافه کرد: Hello world.java. این فایل اول باید با استفاده از کامپایلر جاوا به بایت کد کامپایل شود. در نتیجه فایل Hello world.class ایجاد میشود. این فایل قابل اجرا است. فایل جاوا ممکن است فقط یک کلاس عمومی داشته باشد. اما می‌تواند شامل چندین کلاس با دستیابی عمومی کمتر باشد.
کلاسی که به صورت خصوصی تعریف میشود ممکن است در فایل.java ذخیره شود. کامپایلر برای هر کلاسی که در فایل اصلی تعریف میشود یک کلاس فایل تولید می‌کند. که نام این کلاس فایل همنام کلاس است با پسوند.class
کلمه کلیدی public (عمومی) برای قسمت‌هایی که می‌توانند از کدهای کلاس‌های دیگر صدا زده بشوند، به کار برده میشود. کلمهٔ کلیدی static (ایستا) در جلوی یک تابع، یک تابع ایستا را که فقط وابسته به کلاس است و نه قابل استفاده برای نمونه‌هایی از کلاس، نشان می‌دهد. فقط تابع‌های ایستا می‌توانند توسط اشیا بدون مرجع صدا زده شوند. داده‌های ایستا به متغیرهایی که ایستا نیستند، نمی‌توانند دسترسی داشته باشند.
کلمهٔ کلیدی void (تهی) نشان می‌دهد که تابع main هیچ مقداری را بر نمی‌گرداند. اگر برنامهٔ جاوا بخواهد با خطا از برنامه خارج شود، باید system.exit() صدا زده شود. کلمهٔ main یک کلمهٔ کلیدی در زبان جاوا نیست. این نام واقعی تابعی است که جاوا برای فرستادن کنترل به برنامه، صدا می‌زند. برنامه جاوا ممکن است شامل چندین کلاس باشد که هر کدام دارای تابع main هستند.
تابع main باید آرایه‌ای از اشیا رشته‌ای را بپذیرد. تابع main می‌تواند از آرگومان‌های متغیر به شکل public static void main(string…args) استفاده کند که به تابع main اجازه می‌دهد اعدادی دلخواه از اشیا رشته‌ای را فراخوانی کند. پارامترstring[]args آرایه‌ای از اشیا رشته ایست که شامل تمام آرگومان‌هایی که به کلاس فرستاده میشود، است.
چاپ کردن، قسمتی از کتابخانهٔ استاندارد جاوا است. کلاس سیستم یک فیلد استاتیک عمومی به نام out تعریف کرده‌است. شی out یک نمونه از کلاس printstream است و شامل تعداد زیادی تابع برای چاپ کردن اطلاعات در خروجی استاندارد است. همچنین شامل println(string) برای اضافه کردن یک خط جدید برای رشتهٔ فرستاده شده اضافه می‌کند.
توزیع‌های جاوا
منظور از توزیع جاوا پیاده‌سازی‌های مختلفی است که برای کامپایلر جاوا و همچنین مجموعه کتابخانه‌های استاندارد زبان جاوا (JDK) وجود دارد. در حال حاضر چهار توزیع‌کنندهٔ عمده جاوا وجود دارند:
سان میکروسیستمز: توزیع کننده اصلی جاوا و مبدع آن میباشد. در اکثر موارد هنگامی که گفته میشود جاوا منظور توزیع سان میباشد.
GNU Classpath: این توزیع از سوی موسسه نرم‌افزارهای آزاد منتشر شده و تقریباً تمامی کتابخانه استاندارد زبان جاوا در آن بدون بهره‌گیری از توزیع شرکت سان از اول پیاده‌سازی شده‌است. یک کامپایلر به نام GNU Compiler for Java نیز برای کامپایل کردن کدهای جاوا توسط این موسسه ایجاد شده‌است. فلسفه انتخاب نام Classpath برای این پروژه رها کردن تکنولوژی جاوا از وابستگی به علامت تجاری جاوا است بطوریکه هیچ وابستگی یا محدودیتی برای استفاده آن از لحاظ قوانین حقوقی ایجاد نشود و از طرفی به خاطر وجود متغیر محیطی classpath در تمامی محیط‌های احرایی برنامه‌های جاوا، این نام به نوعی تکنولوژی جاوا را برای خواننده القا می‌کند. کامپایلر GNU توانایی ایجاد کد اجرایی (در مقابل بایت کد توزیع سان) را داراست. لازم به ذکر است که در حال حاضر شرکت سان تقریباً تمامی کدهای JDK را تحت مجوز نرم‌افزارهای آزاد به صورت متن باز منتشر کرده‌است و قول انتشار قسمت بسیار کوچکی از این مجموعه را که به‌دلیل استفاده از کدهای شرکت‌های ثانویه نتوانسته به صورت متن باز منتشر نماید در آینده نزدیک با بازنویسی این کدها داده‌است.
مایکروسافت #J: این در حقیقت یک توزیع جاوا نیست. بلکه زبانی مشابه میباشد که توسط مایکروسافت و در چارچوب.net ارائه شده‌است. انتظار اینکه در سیستم‌عاملی غیر از ویندوز هم اجرا شود را نداشته باشید.
AspectJ: این نیز یک زبان مجزا نیست. بلکه یک برنامه الحاقی میباشد که امکان برنامه نویسی Aspect Oriented را به جاوا می‌افزاید. این برنامه توسط بنیاد برنامه‌نویسی جلوه‌گرا و به صورت کدباز ارائه شده‌است.
کلاس‌های خاص
برنامک (برنامه‌های کاربردی کوچک)
اپلت جاواها برنامه‌هایی هستند که برای کاربردهایی نظیر نمایش در صفحات وب، ایجاد شده‌اند. واژهٔ import باعث میشود کامپایلر جاوا کلاس‌های javaapplet.Applet وjava.awt.Graphics را به کامپایل برنامه اضافه کند. کلاس Hello کلاس Applet را توسعه می‌دهد. کلاس اپلت چارچوبی برای کاربردهای گروهی برای نمایش و کنترل چرخهٔ زندگی اپلت، درست می‌کند. کلاس اپلت یک تابع پنجره‌ای مجرد است که برنامه‌های کوچکی با قابلیت نشان دادن واسط گرافیکی برای کاربر را فراهم می‌کند. کلاس Hello تابع موروثی print(Graphics) را از سوپر کلاس container باطل می‌کند، برای اینکه کدی که اپلت را نمایش می‌دهد، فراهم کند. تابع paint شی‌های گرافیکی را که شامل زمینه‌های گرافیکی هستند را می‌فرستد تا برای نمایش اپلت‌ها استفاده شوند. تابع paint برای نمایش "Hello world!" تابع drawstring(string,int,int) را صدا می‌زند.
جاوا سرولت
تکنولوژی servlet جاوا گسترس وب را به آسانی فراهم می‌کند. و شامل مکانیزم‌هایی برای توسعهٔ تابعی سرور وب و برایدسترسی به سیستمهای تجاری موجود است.servlet قسمتی از javaEE است که به درخواست‌های مشتری پاسخ می‌دهد.
واژهٔ import کامپایلر جاوا را هدایت می‌کند که تمام کلاس‌های عمومی و واسط‌ها را از بسته‌های java.io وjava.servlet را در کامپایل وارد کند.
کلاس Hello کلاس Genericservlet را توسعه می‌دهد. کلاس Genericservlet واسطی برای سرور فراهم می‌کند تا درخواست را به servlet بفرستد و چرخهٔ زندگی servlet را کنترل کند.
JSP
صفحهٔ سرور جاوا قسمتی از سرور javaEE است که پاسخ تولید می‌کند. نوعاً صفحات HTML به درخواست‌های HTTP از مشتری.JSPها کد جاوا در صفحهٔ HTML را با استفاده از حائل <%and%> اضافه میکنند.JSP به javaservlet کامپایل میشود.
سوینگ
Swing کتابخانهٔ واسط گرافیکی کاربر است برای پلت فرم javaSE. ابزاری مشابه پنجره، GTK و motif توسط شرکت sun فراهم شده‌اند. این مثال کاربرد swing یک پنجرهٔ واحد همراه با Hello world را ایجاد می‌کند.
اولین جملهٔ import کامپایلر جاوا را هدایت می‌کندتا کلاس Borderlayout را از بستهٔ java.awt در جاوا به کامپایل اضافه کند. و import دوم همهٔ کلاس‌های عمومی و واسط آنها را از بستهٔ javax.swing اضافه می‌کند. کلاس Hello کلاس Jframe را توسعه می‌دهد. کلاس Jframe یک پنجره با میلهٔ عنوان و کنترل بستن است.
زمانی که برنامه آغاز میشود، تابع main با JVM صدا زده میشود. این یک نمونهٔ جدید از کلاس Hello را ایجاد کرده و با صدا زدن تابع setvisible(boolean) با مقدار true نمایش داده میشود.
یکی از ویژگیهای جاوا قابل حمل بودن آن است. یعنی برنامهٔ نوشته شده به زبان جاوا باید به طور مشابهی در کامپیوترهای مختلف با سخت‌افزارهای متفاوت اجرا شود. و باید این توانایی را داشته باشد که برنامه یک بار نوشته شود، یک بار کامپایل شود و در همه کامپیوترها اجرا گردد. به این صورت که کد کامپایل شدهٔ جاوا را ذخیره می‌کند، اما نه به‌صورت کد ماشین بلکه به‌صورت بایت‌کد جاوا. دستورالعمل‌ها شبیه کد ماشین هستند، اما با ماشین‌های مجازی که به طور خاص برای سخت‌افزارهای مختلف نوشته شده‌اند، اجرا میشوند. در نهایت کاربر از سکوی جاوا نصب شده روی ماشین خود یا مرورگر وب استفاده می‌کند. کتابخانه‌های استاندارد یک راه عمومی برای دسترسی به ویژگیهای خاص فراهم میکنند. مانند گرافیک، نخ‌کشی و شبکه. در بعضی از نسخه‌های ماشین مجازی جاوا، بایت‌کدها می‌توانند قبل و در زمان اجرای برنامه به کدهای محلی کامپایل شوند. فایدهٔ اصلی استفاده از بایت‌کد، قسمت کردن است. اما ترجمهٔ کلی یعنی برنامه‌های ترجمه شده تقریباً همیشه کندتر از برنامه‌های کامپایل شدهٔ محلی اجرا میشوند. این شکاف می‌تواند با چند تکنیک خوش‌بینانه که در کاربردهای JVM قبلی معرفی شد، کم شود. یکی از این تکنیک‌ها JIT است که بایت‌کد جاوا را به کد محلی ترجمه کرده و سپس آن را پنهان می‌کند. در نتیجه برنامه خیلی سریع‌تر نسبت به کدهای ترجمه شدهٔ خالص شروع و اجرا میشود. بیشتر VMهای پیشرفته، به‌صورت کامپایل مجدد پویا، در آنالیز VM، رفتار برنامهٔ اجرا شده و کامپایل مجدد انتخاب شده و بهینه‌سازی قسمتهای برنامه، استفاده میشوند. کامپایل مجدد پویا می‌تواند کامپایل ایستا را بهینه‌سازی کند. زیرا می‌تواند قسمت hot spot برنامه و گاهی حلقه‌های داخلی که ممکن است زمان اجرای برنامه را افزایش دهند را تشخیص دهد. کامپایل JIT و کامپایل مجدد پویا به برنامه‌های جاوا اجازه می‌دهد که سرعت اجرای کدهای محلی بدون از دست دادن قابلیت انتقال افزایش پیدا کند.
تکنیک بعدی به عنوان کامپایل ایستا شناخته شده‌است. که کامپایل مستقیم به کدهای محلی است مانند بسیاری از کامپایلرهای قدیمی. کامپایلر ایستای جاوا، بایت‌کدها را به کدهای شی محلی ترجمه می‌کند.
کارایی جاوا نسبت به نسخه‌های اولیه بیشتر شد. در تعدادی از تست‌ها نشان داده شد که کارایی کامپایلرJIT کاملاًَ مشابه کامپایلر محلی شد. عملکرد کامپایلرها لزوماً کارایی کدهای کامپایل شده را نشان نمی‌دهند. یکی از پیشرفت‌های بی نظیر در در زمان اجرای ماشین این بود که خطاها ماشین را دچار اشکال نمی‌کردند. علاوه بر این در زمان اجرای ماشینی مانند جاوا وسایلی وجود دارد که به زمان اجرای ماشین متصل شده و هر زمانی که یک استثنا رخ می‌دهد، اطلاعات اشکال زدایی که در حافظه وجود دارد، ثبت میکنند.
پیاده‌سازی
شرکت سان میکروسیستم مجوز رسمی برای پلت فرم استاندارد جاوا را به مایکروسافت ویندوز, لینوکس، و سولاریس (سیستم‌عامل). داده‌است. همچنین محیط‌های دیگری برای دیگر پلت فرم‌ها فراهم آورده‌است. علامت تجاری مجوز شرکت سان میکروسیستم طوری بود که با همهٔ پیاده‌سازی‌ها سازگار باشد. به علت اختلاف قانونی که با ماکروسافت پیدا کرد، زمانی که شرکت سان ادعا کرد که پیاده‌سازی ماکروسافت از RMI یا JNI پشتیبانی نکرده و ویژگیهای خاصی را برای خودش اضافه کرده‌است. شرکت سان در سال ۱۹۹۷ پیگیری قانونی کرد و در سال ۲۰۰۱ در توافقی ۲۰ میلیون دلاری برنده شد. در نتیجه کمی بعدماکروسافت جاوا را به ویندوز فرستاد. در نسخهٔ اخیر ویندوز، مرورگر اینترنت نمی‌تواند از جاوا پلت فرم پشتیبانی کند. شرکت سان و دیگران یک سیستم اجرای جاوای رایگان برای آنها و نسخه‌های دیگر ویندوز فراهم آوردند.
اداره خودکار حافظه
جاوا از حافظهٔ بازیافتی خودکار برای ادارهٔ حافظه در چرخهٔ زندگی یک شی استفاده می‌کند. برنامه‌نویس زمانی که اشیا به وجود می‌آیند، این حافظه را تعیین می‌کند. و در زمان اجرا نیز، زمانی که این اشیا در استفادهٔ زیاد طولانی نباشند، برنامه نویس مسئول بازگرداندن این حافظه‌است. زمانی که مرجعی برای شی‌های باقی‌مانده نیست، شی‌های غیر قابل دسترس برای آزاد شدن به صورت خودکار توسط بازیافت حافظه، انتخاب میشوند. اگر برنامه‌نویس مقداری از حافظه را برای شی‌هایی که زیاد طولانی نیستند، نگه دارد، چیزهایی شبیه سوراخ حافظه اتفاق می‌افتند.
یکی از عقایدی که پشت سر مدل ادارهٔ حافظهٔ خودکار جاوا وجود دارد، این است که برنامه‌نویس هزینهٔ اجرای ادارهٔ دستی حافظه را نادیده می‌گیرد. در بعضی از زبان‌ها حافظه لازم برای ایجاد یک شی، به صورت ضمنی و بدون شرط، به پشته تخصیص داده میشود. و یا به‌طور صریح اختصاص داده شده و از heap بازگردانده میشود. در هر کدام از این راه‌ها، مسئولیت ادارهٔ اقامت حافظه با برنامه‌نویس است. اگر برنامه شی را برنگرداند، سوراخ حافظه اتفاق می‌افتد. اگر برنامه تلاش کند به حافظه‌ای را که هم‌اکنون بازگردانده شده، دستیابی پیدا کند یا برگرداند، نتیجه تعریف شده نیست و ممکن است برنامه بی‌ثبات شده و یا تخریب شود. این ممکن است با استفاده از اشاره‌گر مدتی باقی بماند، اما سرباری و پیچیدگی برنامه زیاد میشود. بازیافت حافظه اجازه دارد در هر زمانی اتفاق بیفتد. به‌طوری که این زمانی اتفاق می‌افتد که برنامه بی‌کار باشد. اگر حافظهٔ خالی کافی برای تخصیص شی جدید در هیپ وجود نداشته باشد، ممکن است برنامه برای چند دقیقه متوقف شود. در جایی که زمان پاسخ یا اجرا مهم باشد، ادارهٔ حافظه و منابع اشیا استفاده میشوند.
جاوا از نوع اشاره‌گر ریاضی C و ++C پشتیبانی نمی‌کند. در جایی که آدرس اشیا و اعداد صحیح می‌توانند به جای هم استفاده شوند. همانند ++C و بعضی زبان‌های شی‌گرای دیگر، متغیرهای نوع‌های اولیهٔ جاوا شی‌گرا نبودند. مقدار نوع‌های اولیه، مستقیماً در فیلدها ذخیره میشوند. در فیلدها (برای اشیا) و در پشته (برای توابع)، بیشتر از هیپ استفاده میشود. این یک تصمیم هوشیارانه توسط طراح جاوا برای اجرا است. به همین دلیل جاوا یک زبان شی‌گرای خالص به حساب نمی‌آید.
گرامر
گرامر جاوا وسیع‌تر از ++C است و برخلاف ++C که ترکیبی است از ساختارها و شی‌گرایی، زبان جاوا یک زبان شی‌گرای خالص میباشد. فقط نوع دادة اصلی از این قاعده مستثنی است. جاوا بسیاری از ویژگی‌ها را پشتیبانی می‌کند و از کلاس‌ها برای ساده‌تر کردن برنامه‌نویسی و کاهش خطا استفاده می‌کند.
بر طبق قرارداد فایل هل بعد از کلاس‌های عمومی نام گذاری میشوند. سپس باید پسوند java را به این صورت اضافه کرد: Hello world.java. این فایل اول باید با استفاده از کامپایلر جاوا به بایت کد کامپایل شود. در نتیجه فایل Hello world.class ایجاد میشود. این فایل قابل اجرا است. فایل جاوا ممکن است فقط یک کلاس عمومی داشته باشد. اما می‌تواند شامل چندین کلاس با دستیابی عمومی کمتر باشد.
کلاسی که به صورت خصوصی تعریف میشود ممکن است در فایل.java ذخیره شود. کامپایلر برای هر کلاسی که در فایل اصلی تعریف میشود یک کلاس فایل تولید می‌کند. که نام این کلاس فایل همنام کلاس است با پسوند.class
کلمه کلیدی public (عمومی) برای قسمت‌هایی که می‌توانند از کدهای کلاس‌های دیگر صدا زده بشوند، به کار برده میشود. کلمهٔ کلیدی static (ایستا) در جلوی یک تابع، یک تابع ایستا را که فقط وابسته به کلاس است و نه قابل استفاده برای نمونه‌هایی از کلاس، نشان می‌دهد. فقط تابع‌های ایستا می‌توانند توسط اشیا بدون مرجع صدا زده شوند. داده‌های ایستا به متغیرهایی که ایستا نیستند، نمی‌توانند دسترسی داشته باشند.
کلمهٔ کلیدی void (تهی) نشان می‌دهد که تابع main هیچ مقداری را بر نمی‌گرداند. اگر برنامهٔ جاوا بخواهد با خطا از برنامه خارج شود، باید system.exit() صدا زده شود. کلمهٔ main یک کلمهٔ کلیدی در زبان جاوا نیست. این نام واقعی تابعی است که جاوا برای فرستادن کنترل به برنامه، صدا می‌زند. برنامه جاوا ممکن است شامل چندین کلاس باشد که هر کدام دارای تابع main هستند.
تابع main باید آرایه‌ای از اشیا رشته‌ای را بپذیرد. تابع main می‌تواند از آرگومان‌های متغیر به شکل public static void main(string…args) استفاده کند که به تابع main اجازه می‌دهد اعدادی دلخواه از اشیا رشته‌ای را فراخوانی کند. پارامترstring[]args آرایه‌ای از اشیا رشته ایست که شامل تمام آرگومان‌هایی که به کلاس فرستاده میشود، است.
چاپ کردن، قسمتی از کتابخانهٔ استاندارد جاوا است. کلاس سیستم یک فیلد استاتیک عمومی به نام out تعریف کرده‌است. شی out یک نمونه از کلاس printstream است و شامل تعداد زیادی تابع برای چاپ کردن اطلاعات در خروجی استاندارد است. همچنین شامل println(string) برای اضافه کردن یک خط جدید برای رشتهٔ فرستاده شده اضافه می‌کند.
توزیع‌های جاوا
منظور از توزیع جاوا پیاده‌سازی‌های مختلفی است که برای کامپایلر جاوا و همچنین مجموعه کتابخانه‌های استاندارد زبان جاوا (JDK) وجود دارد. در حال حاضر چهار توزیع‌کنندهٔ عمده جاوا وجود دارند:
سان میکروسیستمز: توزیع کننده اصلی جاوا و مبدع آن میباشد. در اکثر موارد هنگامی که گفته میشود جاوا منظور توزیع سان میباشد.
GNU Classpath: این توزیع از سوی موسسه نرم‌افزارهای آزاد منتشر شده و تقریباً تمامی کتابخانه استاندارد زبان جاوا در آن بدون بهره‌گیری از توزیع شرکت سان از اول پیاده‌سازی شده‌است. یک کامپایلر به نام GNU Compiler for Java نیز برای کامپایل کردن کدهای جاوا توسط این موسسه ایجاد شده‌است. فلسفه انتخاب نام Classpath برای این پروژه رها کردن تکنولوژی جاوا از وابستگی به علامت تجاری جاوا است بطوریکه هیچ وابستگی یا محدودیتی برای استفاده آن از لحاظ قوانین حقوقی ایجاد نشود و از طرفی به خاطر وجود متغیر محیطی classpath در تمامی محیط‌های احرایی برنامه‌های جاوا، این نام به نوعی تکنولوژی جاوا را برای خواننده القا می‌کند. کامپایلر GNU توانایی ایجاد کد اجرایی (در مقابل بایت کد توزیع سان) را داراست. لازم به ذکر است که در حال حاضر شرکت سان تقریباً تمامی کدهای JDK را تحت مجوز نرم‌افزارهای آزاد به صورت متن باز منتشر کرده‌است و قول انتشار قسمت بسیار کوچکی از این مجموعه را که به‌دلیل استفاده از کدهای شرکت‌های ثانویه نتوانسته به صورت متن باز منتشر نماید در آینده نزدیک با بازنویسی این کدها داده‌است.
مایکروسافت #J: این در حقیقت یک توزیع جاوا نیست. بلکه زبانی مشابه میباشد که توسط مایکروسافت و در چارچوب.net ارائه شده‌است. انتظار اینکه در سیستم‌عاملی غیر از ویندوز هم اجرا شود را نداشته باشید.
AspectJ: این نیز یک زبان مجزا نیست. بلکه یک برنامه الحاقی میباشد که امکان برنامه نویسی Aspect Oriented را به جاوا می‌افزاید. این برنامه توسط بنیاد برنامه‌نویسی جلوه‌گرا و به صورت کدباز ارائه شده‌است.
کلاس‌های خاص
برنامک (برنامه‌های کاربردی کوچک)
اپلت جاواها برنامه‌هایی هستند که برای کاربردهایی نظیر نمایش در صفحات وب، ایجاد شده‌اند. واژهٔ import باعث میشود کامپایلر جاوا کلاس‌های javaapplet.Applet وjava.awt.Graphics را به کامپایل برنامه اضافه کند. کلاس Hello کلاس Applet را توسعه می‌دهد. کلاس اپلت چارچوبی برای کاربردهای گروهی برای نمایش و کنترل چرخهٔ زندگی اپلت، درست می‌کند. کلاس اپلت یک تابع پنجره‌ای مجرد است که برنامه‌های کوچکی با قابلیت نشان دادن واسط گرافیکی برای کاربر را فراهم می‌کند. کلاس Hello تابع موروثی print(Graphics) را از سوپر کلاس container باطل می‌کند، برای اینکه کدی که اپلت را نمایش می‌دهد، فراهم کند. تابع paint شی‌های گرافیکی را که شامل زمینه‌های گرافیکی هستند را می‌فرستد تا برای نمایش اپلت‌ها استفاده شوند. تابع paint برای نمایش "Hello world!" تابع drawstring(string,int,int) را صدا می‌زند.
جاوا سرولت
تکنولوژی servlet جاوا گسترس وب را به آسانی فراهم می‌کند. و شامل مکانیزم‌هایی برای توسعهٔ تابعی سرور وب و برایدسترسی به سیستمهای تجاری موجود است.servlet قسمتی از javaEE است که به درخواست‌های مشتری پاسخ می‌دهد.
واژهٔ import کامپایلر جاوا را هدایت می‌کند که تمام کلاس‌های عمومی و واسط‌ها را از بسته‌های java.io وjava.servlet را در کامپایل وارد کند.
کلاس Hello کلاس Genericservlet را توسعه می‌دهد. کلاس Genericservlet واسطی برای سرور فراهم می‌کند تا درخواست را به servlet بفرستد و چرخهٔ زندگی servlet را کنترل کند.
JSP
صفحهٔ سرور جاوا قسمتی از سرور javaEE است که پاسخ تولید می‌کند. نوعاً صفحات HTML به درخواست‌های HTTP از مشتری.JSPها کد جاوا در صفحهٔ HTML را با استفاده از حائل <%and%> اضافه میکنند.JSP به javaservlet کامپایل میشود.
سوینگ
Swing کتابخانهٔ واسط گرافیکی کاربر است برای پلت فرم javaSE. ابزاری مشابه پنجره، GTK و motif توسط شرکت sun فراهم شده‌اند. این مثال کاربرد swing یک پنجرهٔ واحد همراه با Hello world را ایجاد می‌کند.
اولین جملهٔ import کامپایلر جاوا را هدایت می‌کندتا کلاس Borderlayout را از بستهٔ java.awt در جاوا به کامپایل اضافه کند. و import دوم همهٔ کلاس‌های عمومی و واسط آنها را از بستهٔ javax.swing اضافه می‌کند. کلاس Hello کلاس Jframe را توسعه می‌دهد. کلاس Jframe یک پنجره با میلهٔ عنوان و کنترل بستن است.
زمانی که برنامه آغاز میشود، تابع main با JVM صدا زده میشود. این یک نمونهٔ جدید از کلاس Hello را ایجاد کرده و با صدا زدن تابع setvisible(boolean) با مقدار true نمایش داده میشود.