طراحی سازه یا Structural building design یک فرایند هدفمند و منظم است که قبل از ساختن ساختمان طی می شود. هدف از طراحی کردن سازه، مشخص کردن مراحل عملیات مهندسی، معماری و فنی است.
طراحی سیستم های سازه ای با هدف تأمین باربری و ایجاد مقاومت در برابر نیروهای گوناگون وارد بر سازه سروکار دارد. مهندسی سازه عمدتا با طراحی ساختمان ها سر و کار دارد و همچنین نقش ضروری ای در طراحی و ایمنی و اطمینان پذیری ساختمان ها بازی می کند. محدود نشدن طرح معماری از مهمترین فاکتورهای طراحی سازه حرفه ایی می باشد. نمای ساختمان نیز به صورت مستقیم تحت فرمان سازه ساختمان می باشد.
از مراحل اصلی طراحی کردن سازه می توان به مشخص کردن پیکر بندی، طراحی اسکلت ساختمان و مشخص کردن ابعاد و نوع قطعات لازم اشاره کرد.
یادمان باشد ایران و تهران روی گسل های متعددی قرار دارد پس تعهد یک شرکت طراح سازه برای طراحی سازه ایی درست و مقاوم بسیار حائز اهمیت است. مهندسین مشاور در رایان سازه موظف هستند تا این مقاومت را بررسی و تامین کنند. در بخش های طراحی دکوراسیون داخلی به عنوان نمونه ستونی در اتاق ها یا سایر فضاها ایجاد نشود یا تعداد پارکینگ ها مطابق با طرح معماری باشد آیتم دیگر زمان اجرای پروژه ساختمان در نظر گرفته شده به گونه ای که هر چه سرعت اجرای ساختمان بالاتر رود پروژه اقتصادی تر خواهد بود و طراح سازه این مورد را درطراحی سازه لحاظ میکند در هر یک از موضوعات مورد اشاره یک شرکت طراحی سازه ساختمان روش های عملکردی متفاوتی را پیش خواهد گرفت. مثلا در طراحی سازه بتنی با میلگرد و بتن و آرماتور سر و کار داریم یا طراحی سازه فلزی که یک سازه فولادی یکپارچه داریم هر کدام ملاحظات خاص خود را جهت اجرای ساختمان خواهند داشت. طراح سازه با طراحی و ترسیم تیر ها توسط پلان طراحی شده سازه بسته به ملاحظلات از انواع دال ها، تیرچه ها و.. درطراحی سازه ساختمان کمک میگیرد و با ترسیم مقاطع تیر ها (میلگرد های اصلی و تقویتی) دیتیل های طراحی سازه شامل اندازه ستون های ساختمان و شماره و سایز میلگرد ها و خاموت ها نسبت به آکس بندی اندازه ها اقدام میکند و نهایتا با تیپ بندی میلگردها و ترسیم مقطع عرضی و طولی میلگرد ها یا تیرها و تعیین فاصله اصولی و استاندارد برای آرماتور بندی یا دسته کردن میلگرد ها و خاموت ها نسبت به طراحی سازه اقدام می کند.
انواع سازه ها در صنعت ساختمان وجود دارند. از انواع مختلف سازه های ساختمانی می توان به سازهLCF ، سازه ICF ، سازه ساختمان بتنی، سازه ها با مصالح سنتی، سازه های صنعتی، سازه پانلی و سازه های سبک که در سبک سازی ساختمان به کار می روند، اشاره کرد.
در ساخت سازه های فولادی، پیکربندی اصلی از جنس فولاد است. فولاد بارها را تحمل و نیرو ها را به ساختار های زیرین منتقل می کند. در طراحی کردن سازه فولادی قطعات فولاد به کارگاه منتقل شده و برش داده می شوند. سپس با اتصالات جوشی، پیچ و مهره ای و پرچی به یکدیگر متصل می شوند. البته در روش جدید طراحی این نوع سازه، ابتدا مهندسان در نرم افزار های تخصصی طراحی را انجام می دهند. طبق این طراحی، قطعات فولادی با اندازه های دقیق در کارخانه تولید می شود. در مرحله بعد قطعات پیش ساخته با پیچ و مهره یا پرچ به یکدیگر متصل می شوند.
طراحی سازه ساختمان، تمام موارد دخیل در اجرای ساختمان را در بر می گیرد در این بین نقطه نظرات متفاوت امری بدیهی است که با برگزاری جلسات و نشست های مختلف بین سایر اعضای درگیر در پروسه رفع خواهد شد و نتیجه پایانی طراحی سازه برای پیدا کردن بهترین روش اجرای سازه که مهم ترین عامل اجرای ساختمان نیز می باشد هدف ماست. مهندس سازه در ساختمان های متوسط آیتم های زیادی مانند طراحی تاسیسات مکانیکی، طراحی تاسیسات برقی و به طور کلی طراحی تاسیسات ساختمان را نیز در نظر می گیرد تا فرم سازه ایده آل و استاندارد متناسب با پروژه را پیدا کند برجسته ترین آیتم هایی که از دید کارفرما جهت طراحی سازه ساختمان اهمیت دارد. در وهله اول شامل قیمت مناسب پروژه و کیفیت اجرا و نقشه ساختمان را در بر می گیرد طراح سازه در طراحی خود اقتصادی بودن سازه را در نظر می گیرد تا هزینه های اجرای ساختمان از بودجه مورد نظر بالاتر نرود در واقع طراحی سازه ساختمان تا حد زیادی وابسته به بودجه اجرای ساختمان صورت می پذیرد و از این رو رکن اساسی در یک کیس معماری به شمار می رود.
همچنین بخوانید: سبک سازی ساختمان
کیفیت طراحی سازه باید به گونه ای در نظر گرفته شده باشد که فضاهای طراحی شده توسط طراحی معماری با محدودیت روبرو نشود زیرا کلیه بخش های معماری از قبیل طراحی نما که خود به تنهایی از مهم ترین قسمت های یک بنا به شمار می رود کاملا تحت تاثیر سازه است یا در بخش های طراحی داخلی به عنوان نمونه ستونی در اتاق ها یا سایر فضاها ایجاد نشود یا تعداد پارکینگ ها مطابق با طرح معماری باشد آیتم دیگر زمان اجرای پروژه ساختمان در نظر گرفته شده به گونه ای که هر چه سرعت اجرای ساختمان بالاتر رود پروژه اقتصادی تر خواهد بود و طراح سازه این مورد را در طراحی سازه لحاظ می کند در هر یک از موضوعات مورد اشاره طراحی سازه ساختمان متفاوت خواهد بود. مثلا در طراحی سازه بتنی با میلگرد و بتن و آرماتور سر و کار داریم یا طراحی سازه فلزی که یک سازه فولادی یکپارچه داریم هر کدام ملاحظات خاص خود را جهت اجرای ساختمان خواهند داشت طراح سازه با طراحی و ترسیم تیر ها توسط پلان طراحی شده سازه بسته به ملاحظلات از انواع دال ها، تیرچه ها و.. در طراحی سازه ساختمان کمک می گیرد و با ترسیم مقاطع تیر ها (میلگرد های اصلی و تقویتی) دیتیل های طراحی سازه شامل اندازه ستون های ساختمان و شماره و سایز میلگرد ها و خاموت ها نسبت به آکس بندی اندازه ها اقدام می کند و نهایتا با تیپ بندی میلگردها و ترسیم مقطع عرضی و طولی میلگرد ها یا تیرها و تعیین فاصله اصولی و استاندارد برای آرماتور بندی یا دسته کردن میلگرد ها و خاموت ها نسبت به طراحی سازه اقدام می کند.
با توجه به شرایط زمین در ایران و وجود گسل های فراوان طراحی سازه بسیار اهمیت دارد چرا که کلیه بار های وارد شده بر روی یک ساختمان شامل بار های مرده و زنده و عوامل طبیعی مانند باد و باران و... از طریق ساختار اسکلتی سازه (تیرچه، نیر اصلی، ستون ها و ...) به فونداسیون ساختمان انتقال پیدا می کند و در صورت طراحی سازه نامناسب پایداری ساختمان ضعیف خواهد بود. لذا بسیار اهمیت دارد در انتخاب مهندس سازه و طراح سازه و در کل انتخاب شرکت مناسب برای اجرای ساختمان دقت نظر بالایی به خرج داد.
در طراحی ساختمان دو روش کلی وجود دارد که همواره انتخاب بین این دو شیوه از دغدغه سازندگان و طراحان است.
در اینجا به ویژگی ها و مزایا و معایب هر یک از دو شیوه طراحی سازه بتنی و همینطور طراحی سازه فلزی خواهیم پرداخت تا با زوایای هر یک از این دو متد در مقام مقایسه بیشتر آشنا شوید.
هر یک از بخش های سازه چه بتنی و چه فلزی در مواجهه با عوامل طبیعی مثل زلزله و طوفان و.. در معرض نیروهای کششی و... قرار می گیرند که سازه های اسکلت فولادی مقاومت و یکپارچکی مناسبی در برابر انواع نیرو های برشی و فشاری و کششی دارند حال آنکه سازه های بتنی در مقابل نیروهای کششی استحکام کمتری دارند.
برای دانستن اینکه مقاومت کدام سازه در برابر آتش سوزی بیشتر از دیگریست به جنس مصالح می پردازیم در سازه فلزی یا فولادی که به شکل یکپارچه از فلز تشکیل شده با سرعت بیشتری آهن یا فولاد مقاومت خود را از دست خواهد داد نسبت به متریال سازه بتنی که شامل بتن، آرماتور و میلگرد و... است. به عنوان نمونه ساختمان برج های تجارت جهانی نیویورک و همچنین ساختمان پلاسکو خیابان جمهوری تهران هر دو از سازه اسکلت فلزی فولادی ساخته شده بود در صورتی که اگر سازه بتنی داشتند ساعت های بیشتری را دوام می آوردند و شانس اطفا حریق بیشتر می شد.
وزن ساختمان های بتنی تقریبا دو برابر ساختمان های با سازه فولادی است علت این امر بالا بودن نسبت وزنی هر متر مربع از مصالح در سازه بتنی نسبت به سازه فولادیست به عبارتی در یک متر مربع سازه بتنی وزن مصالح تقریبا دو برابر این وزن در سازه فلزیست.
طراحی سازه فلزی بر اثر مرور زمان و قرار گرفتن در معرض شرایط جوی و ترکیب با سایر مصالح در بخش های داخلی کم کم دچار فرسایش می شود و از قطر فلز کاسته می شود گرچه راهکارهایی برای حفظ مقاومت وجود دارد که هزینه بالایی دارد در مقابل سازه بتنی به علت تکثر متریال و ترکیب آنها ماندگاری بیشتری در برابر فرسایش و شرایط محیطی دارد.
به علت نحوه تولید اسکلت فلزی که در کارخانه انجام می گیرد سازنده پرت مصالحی در زمان اجرا ندارد اما سازه بتنی به خاطر اینکه در حین اجرا تولید می شود دارای پرت مصالح است.
در موقعیت های جوی مختلف سازه فلزی قابل اجراست و محدویتی ندارد اما سازه بتنی به شرایط آب و هوایی مثل باران یا فصول سرد و گرم سال به شدت وابسته است.
هزینه اجرا در سازه بتنی به مراتب پایین تر است اولا به این دلیل که خرید هر یک از آیتم ها مثل میلگرد و بتن و آرماتور یک پروسه چند ماهه خواهد بود ولی در طراحی سازه بتنی به صورت یکجا بایستی هزینه خرید اسکلت فلزی را پرداخت نمایید.
دوم اینکه استحکام و کیفیت استاندارد در سازه فولادی منوط به تولید سازه در کارخانه و بهره گیری از اتصالات و پیج و مهره های مرغوب و باکیفیت است که متاسفانه در کشور ما این موارد هزینه بسیار بالایی دارند.
سومین عامل نیاز به دقت و وسواس بالا در سازه های فولادی ست زیرا به خاطر ارتباط تنگاتنگ هر یک از اتصلات باید تمامی زوایا و ابعاد دقت بالایی داشته باشند تا خطایی در کار نداشته باشیم که همین دقت نظر و حساسیت بالا هزینه ها را افزایش می دهد اما در سازه بتنی نیاز به این حد از ظرافت در کار نیست.
در اینجا طبق روایتی که در آیتم قبلی گفته شد یعنی خرید یکجای اسکلت در طراحی سازه فلزی به همان نسبت سرعت اجرا نیز بالاتر می رود برخلاف طراحی سازه بتنی که سرعت اجرای به مراتب بیشتری دارد.
همانگونه که در بحث هزینه نگهداری ساختمان اشاره شد با توجه به فرسایش بیشتر سازه فلزی متعاقبا عمر آن نیز نسبت به نوع بتنی آن کمتر خواهد بود.
برای استفاده از متریال به کار رفته در طراحی سازه بتنی در پایان عمر ساختمان در زمان تخریب بنا تقریبا تفکیک مصالح غیر ممکن یا بسیار پر هزینه خواهد بود اما در طراحی سازه فلزی با توجه به نرخ مشخص آهن در بازار جهانی به راحتی امکان فروش مصالح به کار رفته در اسکلت فلزی محیاست.
محاسبات فنی و مهندسی سازه در سازه فلزی بسیار روشن است چرا که مشخصات فولاد با توجه به عیار به کارگیری عدد مشخصی هست اما در روش سازه بتنی هر یک از متریال به کار گرفته شده نظیر سیمان و متعلقات آن بسته به کارخانه تولیدی و شرایط آب و هوایی هر یک عدد متفاوتی دارند.
قیمت طراحی انواع سازه ها با یکدیگر متفاوت است. برای استعلام قیمت طراحی کردن سازه فولادی و بتنی باید هزینه مواد مصرفی، هزینه طراحی و.. را در نظر بگیرید. شرکتی را برای طراحی انتخاب کنید که از مواد درجه یک و افراد با تجربه برای اجرا استفاده می کند.
برای ساخت سازه های بتنی از بتن آرمه (شن، ماسه، بتن و فولاد به عنوان میلگرد) استفاده می شود. طراحی کردن سازه بتنی در دو فاز اولیه و ثانویه ارائه می شود و حین کار یک مهندس روی طراحی و اجرای کار نظارت می کند.
طراحی کردن سازه برای ساختمان، شامل مواردی است که در ادامه درباره آن ها صحبت می کنیم.
دریافت کردن فایل نقشه معماری از سازنده ساختمان مرحله اول است. طراحان سازه باید قبل از آغاز طراحی، مدارک مورد نیاز را از سازنده ساختمان تحویل بگیرند.
مدل سازی اولیه سازه باید انجام گیرد. طراح در نرم افزار ETBAS ، محل قرار گرفتن ستون ها، ارتفاع طبقات و... را تعیین می کند. در این مرحله باید بارهای ناشی از زلزله را نیز تعیین نمود و در طراحی سازه در نظر گرفت.
طراحی ابعاد قسمت های مختلف سازه پس از مدل سازی اولیه انجام می شود. در این مرحله اسکلت اولیه طراحی می شود. ابعاد، جنس و محل قرارگیری قسمت های مختلف از جمله ستون ها در این مرحله تعیین می شود.
تحویل دادن نقشه اولیه به معماران تا مرحله دوم طراحی انجام شود. نقشه معماری فاز دوم توسط معماران تهیه می شود و مهندس محاسب سازه، جزئیات را طراحی می نماید.
نقشه های اجرائی سازه رسم می شوند. ترسیم نقشه یک قسمت بسیار حساس و مهم در طراحی است. رسم نقشه عاری از کوچک ترین اشتباهات باشد تا در آینده موجب خسارات سنگین نشود.
دفترچه محاسبات سازه باید تهیه گردد. این دفترچه شامل تمام محاسباتی است که مهندس انجام داده و باید به عنوان سند و مدرک تهیه شود. اگر در آینده تغییری در سازه ایجاد گردد، محاسبات دفترچه باید در نظر گرفته شود.
مهندس محاسب باید محاسبات و نقشه را تأیید کند. فرضیات و محاسبات طراحی کردن سازه، باید مورد تأیید نظام مهندسی ساختمان قرار گیرد. این بخش، تهیه برگه سبز محاسبه نام دارد.
نقشه ها و فایل ها باید به شهرداری ارسال شوند. در واقع پروانه ساختمان باید اخذ گردد.
سازمان نظام مهندسی، طرح سازه را بررسی و تأیید می کند . اگر مشکلی وجود داشته باشد، طراح سازه باید مشکل را رفع نماید.
اصلاح نهایی انجام شده و طرح نهایی می گردد.
سازنده ساختمان باید مدارک زیر را قبل از استخدام طراح ساختمان تهیه نماید:
شرکت طراحی کننده سازه و به طور کلی شرکت طراحی ساختمان باید معتبر بوده و از افراد با تجربه استفاده نماید. مهندسان با تجربه، باید قابل اطمینان باشند و در طراحی کردن سازه از قوانین ملی ساختمان سازی پیروی کنند. شرکت طراحی کننده سازه باید از طراحانی استفاده کند که درک درستی از معماری دارند. شرکت طراحی نباید از بودجه تعیین شده تجاوز کند و نباید هزینه ها را افزایش دهد.
طراح این شرکت باید همواره در دسترس باشد تا سوالات مشتری را پاسخ دهد. شرکت باید تعهد کاری داشته باشد و در موعد مقرر طراحی را به اتمام برساند. مدیریت خوب یکی از جنبه های مهم یک شرکت قابل اطمینان است. بدون مدیریت صحیح، پروژه در موعد مقرر به پایان نخواهد رسید و موجب خسارت خواهد شد. کارشناسان شرکت باید خواسته های مشتری را در نظر بگیرند و در راستای رضایت او تلاش نمایند. برای انتخاب کردن بهترین شرکت طراحی کننده سازه، باید معتبرترین و متعهد ترین آنان را انتخاب نمایید.
از ملاحظات اولیه در طراحی کردن سازه، می توان به موارد زیر اشاره نمود:
طراحان برای طراحی دقیق سازه، از نرم افزارهایی استفاده می کنند که به معرفی برخی از آنان می پردازیم.
نرم افزار اتابس (ETABS)، رایج ترین و پرکاربرد ترین از این لیست است. این برنامه برای تحلیل سه بعدی سیستم های ساختمانی استفاده می شود. اتابس به نرم افزار مهندسی ساختمان معروف است. داده های به دست آمده از از برنامه، اعتبار زیادی دارد و بسیار دقیق است . شرکت های معتبر معمولا از اتابس استفاده می کنند. این برنامه می تواند پیچیده ترین سازه ها را تحلیل کرده و جزئیات دقیقی از طراحی آن ها ارائه کند.
نقشه های اجرائی طراحی کردن سازه، توسط مهندسان تهیه می گردد. نقشه ها در دو مرحله کشیده می شوند. معمولا بر اساس فایل دریافت شده از ETABS ، نقشه سازه های فولادی ترسیم می شود. سپس اتصالات و اجزای سازه های فولادی ترسیم می شوند که این مرحله باید بر اساس قوانین ملی ساختمان سازی باشد.
در مرحله بعدی، پروژه به شکل سه بعدی طراحی می شود تا مشکلات مختلف آن آشکار گردد. اگر قسمت های مختلف با هم تطابق نداشته باشند، باید اصلاح صورت بگیرد. نقشه نهایی باید دقیق و بدون نقص باشد تا مراحل بعدی به خوبی پیش بروند.
بهینه سازی به معنای تلاش برای ایجاد تغییرات در توپوگرافی و ابعاد است، تا هزینه ها کاهش یابد. هزینه مصالح و طراحی های بالا است و ممکن است بسیاری از افراد بخواهند تا حد ممکن هزینه ها را کاهش دهند. یکی از روش های بهینه سازی، طراحی سازه سبک است. استفاده از فولاد با وزن کم و مقاومت بالا، مثالی از سبک سازی است. سایر روش های بهینه سازی طراحی سازه عبارتند از:
-تحلیل غیر خطی ترک خوردگی سازه
-تحلیل اندرکنش بین خاک و سازه
-کاهش دادن نیروهای اضافه و نامنظمی های سازه
-تحلیل تاریخچه زمانی
روش های مختلفی برای طراحی کردن سازه ها وجود دارد:
در طراحی کردن سازه، باید به موارد زیر توجه ویژه ای نمود:
ایمنی: طراحی مناسب، سازه را در برابر انواع نیروها ایمن می کند و مانع خرابی آن توسط باد، طوفان و نیروهای موضعی می شود.
پایایی : باید مصالحی را انتخاب کرد که طول عمری طولانی داشته باشند. فرسودگی و خوردگی آن ها باید حداقل باشد.
داشتن عملکرد مطلوب: سازه باید بتواند بارهای وارده به آن را تحمل کند. ساکنان ساختمان نباید احساس عدم امنیت داشته باشند.
یکی از اولویت های طراحی کردن سازه، رعایت نکات ایمنی است. ساختمان باید برای ساکنان امن باشد و در برابر نیروها از خود مقاومت نشان دهد. ایمنی می تواند با مصالح و طراحی های اقتصادی به دست بیاید. باید از شرکت طراحی کننده سازه درخواست کنید که با اولویت قرار دادن ایمنی و کاهش هزینه ها، مناسب ترین طراحی را برای شما انجام دهد. علاوه بر ایمنی طراحی تاسیسات ساختمان و دیگر اجزاء باید به گونه ای صورت گیرد که در هزینه ها حداکثر صرفه جویی شود.
تهیه مدارک مورد نیاز برای طراحی کردن سازه و تهیه برگه سبز مهندسان از اهمیت بالایی برخوردار است. تهیه ضمانت نامه ضروری است و طراح سازه تضمین می کند که اقدامات او در چهارچوب قانون هستند. طراحی ها باید با مقررات ملی ساختمان سازی سازگار باشند و در غیر این صورت، مهندس محاسب طراحی سازه مقصر شناخته می شود.
توجه کردن به جزئیات هنگام تهیه نقشه اهمیت فراوانی دارد. جزئیات ایمنی، زیبایی، مقاومت ساختاری و... باید همگی مکتوب شده و به عنوان سند نگهداری شوند. اگر در آینده نیازی به ایجاد تغییرات ساختاری باشد، نقشه های قبلی سازه باید در دسترس باشند. به کمک نقشه ها و محاسبات قبلی، می توان طبق اصول تغییرات را انجام داد و از نتیجه کار مطمئن بود.
طراح سازه یک مهندس است که وظیفه طراحی کردن، تحلیل، برنامه ریزی و تحقیق در مورد اجزای ساختمان را دارد. طراح سازه باید امنیت و آسایش ساکنان ساختمان را مد نظر داشته باشد. مهندس طراح باید از آسیب رساندن به محیط زیست خودداری نماید و امنیت را در اولویت قرار دهد. در واقع طراح سازه کسی است که محاسبات طراحی را با جزئیات انجام می دهد و آن ها را ثبت می نماید. این شخص باید در کار خود دقیق و متعهد باشد زیرا کوچکترین اشتباهات محاسباتی، منجر به بروز مشکلات بزرگ در ساخت سازه می شود.
قیمت مواد اولیه، هزینه طراحی، تجربه طراح سازه و... روی قیمت طراحی کردن سازه اثر دارند. شرکت مجری معتبر، از مواد اولیه با کیفیت و طراحان باتجربه استفاده می کند.
شرکت طراحی کننده سازه، باید طبق سلیقه و درخواست مشتری طراحی را انجام دهد. یک شرکت معتبر طراحی را در نرم افزار های پیشرفته مهندسی انجام می دهد و از طراحان حرفه ای برای این کار کمک می گیرد.
مراحل طراحی سازه شامل دریافت مدارک لازم از سازنده ساختمان، مدل سازی اولیه، طراحی اولیه سازه، مدل سازی دقیق در فاز دوم، رسم نقشه طراحی، تهیه دفترچه محاسبات و... است.
طراحی کردن سازه باید اصولی و مرحله به مرحله انجام شود. دقت کردن به جزئیات اهمیت بسیاری دارد تا در ادامه کار اشتباهات باعث فاجعه نشود .
طراحی کردن سازه به روش های LSD ، ASD و LRFD انجام می شود.
برگه سبز تعهد مهندسان، به هدف داشتن سند قانونی درباره محاسبات انجام شده در طراحی کردن سازه انجام می شود.
پرسش و پاسخ
سوالات متداول
پرسش و پاسخ
غافری
اپراتور
علی شاهمرادی
اپراتور