رد کردن لینک ها

طراحی سازه

طراحی سازه

طراحی و محاسبات سازه در واقع، طراحی مجموعه اسکلت یک پروژه ساختمانی است که توسط مهندس محاسب (مهندس عمران) و بر اساس ورودی های مهندس معمار (نقشه های معماری اولیه) که به مهندس محاسب سازه تحویل داده می شود، انجام خواهد شد. در حقیقت هر طرح معماری باید بر روی یک مجموعه سازه احداث شود که این اسکلت سازه ای بنا به تصمیماتی که در ابتدای مسیرِ طراحی و بعد از مشورت کارفرما و مهندسین طراح اتخاد می شود، می تواند از نوع فولادی و یا بتنی باشد.

رایج ترین ساختارهای سازه ای در سراسر دنیا سازه های مصالح بنایی، سازه های با اسکلت فولادی و سازه های با اسکلت بتنی است. سازه‌های بدون اسکلت معمولاً در ساختمان‌هایی با مساحت و ارتفاع کم که از اهمیت بالایی برخوردار نیستند به کار می‌رود. پیش از این در ایران سازه‌های فولادی رواج بیشتری داشت، اما امروزه به دلیل شناخت مزایای سازه‌های بتنی، این نوع اسکلت جایگاه بسیار خوبی در صنعت ساخت‌وساز پیدا کرده است. انتخاب نوع اسکلت فولادی یا بتنی به عوامل تعیین‌کننده بسیار زیادی وابسته است.

انتخاب نوع اسکلت سازه (فولادی یا بتنی؟)

طراحی سازه

در حقیقت تصمیم گرفتن در خصوص تعیین نوع اسکلت سازه (فولادی یا بتنی) یکی از موضوعات مهمی است که در همان جلسه اول کارفرما و تیم طراحی در خصوص آن صحبت شده و سپس در خصوص آن تصمیم گیری خواهد شد. در ادامه به اختصار نکات مهمی که در انتخاب نوع اسکلت سازه مدنظر مهندسین طراح ما خواهند بود اشاره خواهد شد.

در واقع نکات مهمی که تیم طراحی گروه مهندسی سانا پی در جلسه اولیه در خصوص انتخاب نوع اسکلت سازه با کارفرما به اشتراک خواهد گذاشت شامل موارد ذیل خواهد بود:

۱- عوامل اقتصادی:

الف) اسکلت فولادی نیاز به سرمایه اولیه مناسب جهت خرید آهن‌آلات دارند.

ب) اسکلت بتنی سرمایه تدریجی در طول پروژه را نیاز دارد.

۲- منطقه جغرافیایی و محل اجرای پروژه:

یکی از عوامل مهم در مورد محل پروژه، تأمین مصالح موردنیاز سازه در محل است. نزدیک بودن محل پروژه به معادن سنگدانه (شن و ماسه) و یا کارخانه بتن و یا محل تهیه آهن‌آلات، باعث کاهش هزینه حمل‌ونقل مصالح می‌شود و ازنظر اقتصادی در انتخاب نوع سازه تأثیرگذار است.

۳- شرایط اجرا:

مکانها و معابر کم عرض و پر ترافیک جهت اجرای اسکلت بتنی جهت (دپو کردن مصالح و تردد تراک میکسر) و عدم اختصاص فضای مناسب برای توقف جرثقیل در اسکلت فولادی از نکات حائز اهمیت می‌باشد.

۴- شرایط آب و هوایی و زمین محل احداث پروژه:

یکی از مهم‌ترین فاکتورهای انتخاب نوع سازه، محل احداث پروژه است. در شرایط آب و هوایی مرطوب و در معرض بارندگی‌های مکرر، سازه فولادی نامناسب است چون در معرض زنگ‌زدگی و خوردگی قرار دارد.

ماندگاری بالا یکی از مزایای سازه‌های بتنی در مناطق با رطوبت بالاست. از طرفی در مناطقی که یون سولفات وجود دارد، میلگرد موجود در بتن در معرض حمله قرار دارد. ضمناً وضعیت گسل‌های آن منطقه و عملکرد سازه در زلزله نیز عامل مؤثر در انتخاب نوع سازه است.

همچنین به منظور جلوگیری از پدیده تشدید انتخاب اسکلت بتنی برای زمین‌های نرم و اسکلت فولادی جهت زمین‌های سخت توصیه می‌گردد.

۵- کیفیت اجرا:

کنترل اتصالات و جوشها در اسکلت فولادی و قالب‌بندی، آرماتوربندی و رعایت اصول بتن‌ریزی و نگهداری در اسکلت بتنی از نکات قابل اهمیت در کیفیت اجرا می‌باشد.

بزرگ‌ترین نقطه‌ضعف سازه های فولادی عدم اجرای صحیح اتصالات در آن است که سازه های بتنی به دلیل اجرای اتصالات گیردار و یکپارچه بین تیر و ستون‌ها در این خصوص دارای برتری نسبت به سازه های فولادی هستند. بهترین روش اجرای اتصالات در اسکلت فولادی استفاده از پیچ و مهره است؛ چرا که در صورت اجرای جوشکاری نامناسب و عدم کنترل و نظارت و تست جوش در اسکلت سازه فولادی، عملکرد نامناسبی از اسکلت سازه فولادی خصوصاً در مواجهه با نیروهای زلزله قابل پیش بینی است.

۶- عوامل فنی و سازه‌ای:

الف) ضعف فولاد جهت مقاومت در برابر حریق.

ب) ضعف اسکلت بتنی در گرفتن فضای زیاد در معماری و ایجاد آویز در سقف‌ها:

سازه بتنی نسبت به فولادی سنگین‌تر و حجیم‌تر است و به دلیل بزرگ بودن ابعاد تیر و ستون‌ها در اسکلت بتنی، فضای مرده بیشتری در ساختمان داریم. یعنی در مقایسه دو ساختمان بتنی و فولادی یکسان، در سازه بتنی فضای مفید و قابل‌استفاده کمتری خواهیم داشت که این موضوع موجب ایجاد محدودیت‌های معماری مخصوصاً در بحث تأمین پارکینگ‌ها می‌شود. همچنین در دهانه‌های بزرگ، ارتفاع تیرها نیز افزایش می‌یابد که همین موضوع ارتفاع مفید طبقات را کم می‌کند.

۷- زمان لازم برای تحویل پروژه:

درصورتی‌که سرعت اتمام پروژه برای ما اولویت داشته باشد، سازه فولادی گزینه مناسبی است. زیرا اسکلت بتنی باید طبقه به طبقه اجرا شود و زمان لازم برای قالب‌بندی، شمع‌بندی و گیرش اولیه بتن را باید در نظر بگیریم، در حالی که در اسکلت فولادی امکان اجرای بی‌وقفه تمام طبقات به‌صورت هم‌زمان با یکدیگر وجود دارد. حتی در صورت تهیه اسکلت فولادی پیش‌ساخته از کارخانه و مونتاژ در محل پروژه، سرعت اجرا از حالت عادی بیشتر خواهد شد.

در نهایت بعد از ارائه نظرات و توصیه های فنی در جلسه اول و تشریح کلیه مباحث در این حیطه و به اشتراک گذاشتن این موارد و ضمن درنظر گرفتن کلیه جوانب و با هماهنگی کارفرما تصمیم نهایی در خصوص نوع اسکلت سازه اتخاذ خواهد شد.

بارهای وارده بر سازه

یکی یگر از مواردی که به عنوان ورودی های مهم در فرآیند طراحی سازه (محاسبات سازه) مطرح می باشد، بارهای وارده بر سازه است. در واقع طراحی ایمن و دقیق سازه‌ها وابسته به یک پیش‌بینی منطقی از رفتار آن‌ها است، که پیش بینی و اعمال دقیق شرایط واقعیِ وارد بر سازه در فرآیند طراحی سازه به تحقق این مهم کمک خواهد کرد.

محاسبه‌ی مقدار دقیق این بارها برای هر پروژه به طور جداگانه بسیار وقت‌گیر بوده و عملا غیر ممکن است. آیین‌نامه‌ها با در نظر گرفتن یک ضریب اطمینان منطقی، روش‌هایی برای محاسبه‌ی مقدار تقریبی بار‌های وارد بر ساختمان ارائه می‌دهند.

دسته‌بندی کلی بارهای وارد بر سازه:

۱- بارهای ثقلی: که شامل بار مرده، بار زنده، بار برف و بار باران است.

۲- بارهای جانبی: که شامل بار زلزله، بار باد و بار ناشی از فشار جانبی خاک و یا آب زیرزمینی است.

۳- بارهای متفرقه: که شامل بار یخ، بار سیل و بار انفجار و … است.

بارهای وارد بر سازه

بارهای مرده:

بار های مرده به بارهایی اطلاق می شوند که به صورت دائمی به سازه وارد می شوند. عمدتاً وزن سازه و قطعات متصل به آن را شامل می شود. خصوصیت اصلی این بارها، مقدار ثابت و محل اثر ثابت آنها است. بارهای مرده از نوع بارهای ثقلی هستند.

بارهای زنده:

به بارهای ثقلی اطلاق می شود که بر روی سازه رفت و آمد دارند. این بارها محل تاثیر و مقدارشان ثابت نیست. این بار عمدتاً شامل وزن افراد و تجهیزات داخل ساختمان، می باشد. خصوصیت بار زنده متغیر بودن آن است.

بار باد:

باد یکی از مهم‌ترین بارهای وارد بر سازه می‌باشد که همواره در طول مدت بهره برداری سازه وارد شده و اجزای سازه‌ای و غیر سازه‌ای را تحت تأثیر قرار می دهد. بار باد نیز همانند بار زلزله، یک نیروی جانبی دینامیکی است. نیروهای دینامیکی، نیرویی هایی هستند که مقدارشان وابسته به زمان است و در طول زمان تغییر می کنند.

فشار خاک و فشار مایع:

گاهی اوقات لازم است  تا سازه در زیر زمین ساخته شود که اطراف آن، خاک قرار دارد. خاک به دیوار فشار وارد می کند و دیوار باید نیروی ناشی از آن را تحمل کند. در ساختمان ها ممکن است سطح آب زیر زمینی در اطراف بالا باشد به طوریکه از دیوارهای اطراف ساختمان و نیز بر کف ساختمان در اثر آب موجود بر ساختمان، فشار وارد می شود.

بارهای محیطی یا خود کرنشی:

بارهایی هستند که اثر خارجی  ندارند ولی در سازه تنش ایجاد می کنند. اصطلاحا به این بارها بارهای خود کرنشی می گویند. این بارها معمولا اثرات ناشی از محیط در سازه اند. از جمله این بارها، بار ناشی از تغییر دمای محیط است. به طور مثال در یک قاب تک دهانه تک طبقه با اتصال صلب اعضای قاب نمی توانند به راحتی تغییر طول دهند، در نتیجه باعث ایجاد تنش در یکدیگر می شوند. در واقع در نیرو های خود کرنشی اعضا خود ایجاد کننده تنش در سازه هستند. بارهایی نظیر وارفتگی یا جمع شدگی بتن از این نوع هستند. در جمع شدگی بتن کوچکتر و در وارفتگی تغییر شکل ها زیاد شده و تغییر طول ایجاد می کند که از انواع بارهای خودکرنشی هستند. نشست پایه ها نیز از این نوع هستند. اگر یک پایه نشست کند، در تیرها و ستونها تنش ایجاد می شود که از نوع خود کرنشی است.

بار زلزله:

با توجه به اهمیت نیروی زلزله در این خصوص بیشتر صحبت خواهیم کرد. حوادث غیرمترقبه بر اساس قانونی ناشناخته از ابتدای خلقت جهان هستی وجود داشته و پیدایش جهان نیز بر پایۀ نوعی از این حوادث اتفاق افتاده است. دستاوردهای دانش بشری تاکنون سعی داشته تا این حوادث را تحت کنترل درآورده و بتواند حتی از پیامدهای آن بهره‌مند شود. از میان این حوادث طبیعی، زلزله یکی از پرخطرترین حوادثی است که در طول تاریخ بشری بسیاری از انسان‌ها و البته تعداد زیادی از موجودات زنده را به کام مرگ کشانده است و خسارات مادی زیادی را نیز بر بشر تحمیل کرده است. در قرن بیستم، در اثر وقوع ۱۰۸ زلزله مطرح در دنیا بیش از هفده میلیون انسان جان خود را ازدست‌داده‌اند، یعنی به‌طور متوسط هفده هزار نفر در هرسال.

زلزله

البته زلزله به‌خودی‌خود خطرناک نیست بلکه آنچه باعث حوادث مرگبار در طول سالیان متمادی گشته است، سازه‌های غیر ایمنی است که توسط خود انسان ساخته‌شده است. از این‌رو یکی از گام‌های اساسی در کاهش خطر زلزله ازلحاظ جانی و مالی، ایمن‌سازی بناها است و مهم‌ترین اقدام برای نیل به این هدف، طراحی ایمن سازه‌ها بر اساس یک پیش‌بینی منطقی از رفتار آن‌ها است. عموماً پیش‌بینی آیین‌نامه‌های زلزله در طراحی‌ها این است که سازه‌های طراحی‌شده، زلزله‌های بزرگ را بدون تخریب که منجر به فروریزش سازه‌ای یا خطر فرود آمدن آوار که سبب تلفات انسانی گردند، تحمل نمایند.

در طراحی سازه، هدف طراحیِ ساختاری است که ضمن داشتن توانایی تحمل کلیه بارهای وارده، قابلیت انتقال این بارها را نیز داشته باشد.

بارهای طراحی مانند انواع بارهای مرده و زنده، زلزله، باد، برف و بارهای حرارتی و خود کرنشی چنانچه بر سازه ی طراحی‌شده بر اساس معیارهای آیین‌نامه‌ای، وارد شوند سبب رفتار ارتجاعی یا نزدیک به آن در اعضای سازه‌ای می‌گردند و به‌ندرت سازه‌های مهندسی، آسیب سازه‌ای را تحت بارهای سرویس تجربه می‌کنند. آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای در مقایسه با دیگر آیین‌نامه‌های طراحی منحصربه‌فرد می‌باشند، چراکه آن‌ها اجازه می‌دهند تا سازۀ طراحی‌شده تحت زلزلۀ طراح وارد محدودۀ رفتار غیرخطی شده و خرابی کنترل‌شده‌ای را تجربه کند.

جمع بندی:

در واقع سازه به عنوان رکن اصلی هر بنا نیاز به طراحی و اجرای دقیق دارد تا رفتار آن در طول زمان عملکرد، مشکلی را برای ساکنین و تجهیزات ایجاد نکند و این مهم با یک پیش‌بینی منطقی از رفتار و عملکرد سازه در شرایط واقعی حاصل خواهد شد. مطالعه و بررسی دقیق در مورد عملکرد اجزای مختلف سازه و بررسی تأثیر نیروهای مختلف بر روی سازه‌ها در شرایط واقعی، امکان نیل به این اهداف را فراهم می سازد. گروه مهندسی سانا پی، با در اختیار داشتن مهندسان مجرب و تجربه های مختلف در طراحی ساختمان های تجاری و اداری، مسکونی و صنعتی همواره سعی داشته با به روز رسانی دانش و توسعه کیفی، در جهت ارتقای کیفی خود گام برداشته و طراحی و محاسبات دقیق و مقرون به صرفه مبتنی بر بالاترین استانداردها را ارائه نماید.

به گفتگو بپیوندید

بازگشت به بالای صفحه