یکی از اصلی ترین شاخه های مهندسی عمران، طراحی سازه است. علم طراحی سازه، به برنامه ریزی و ساخت سازه بر مبنای قوانین مهندسی و علمی می پردازد. هدف از این فرایند، ایجاد سازه ای ایمن است که طی سالیان طولانی، در برابر حوادث طبیعی و نیروهای وارده، پایداری کافی را داشته باشد. به همین دلیل، انجام دقیق محاسبات سازه، به تخصص و مهارت فراوان نیاز دارد.
ما قصد داریم در این مقاله به مراحل طراحی سازه، روش های طراحی آن و همچنین طراحی سازه های فولادی و بتنی و تفاوت آنها بپردازیم. در صورت تمایل، می توانید با داشتن متراژ و تعداد طبقات پروژه تان، از طریق فرم استعلام قیمت آنلاین و رایگان تویوت، از هزینه های طراحی سازه و دریافت برگه تعهد سازه نیز آگاه شوید.
سرفصل های این مقاله:
- طراحی سازه چیست
- مراحل طراحی سازه
- روش های طراحی سازه
- هزینه طراحی سازه
- طراحی سازه فولادی
- طراحی سازه بتنی
- تفاوت سازه فولادی با بتنی
طراحی سازه چیست
به زبان ساده، طراحی ساختار یک ساختمان را طراحی سازه می نامند. در این فرایند، نیازهای سازه و شرایط محیطی سنجیده می شود و بر این اساس، فونداسیون، ستون‌ها، تیرها، اتصالات و … طراحی می گردد. هدف طراحی سازه، ایجاد سازه ای است که بارهای وارده را تحمل کند و در برابر نیروهای وارده، مقاومت داشته و تغییرشکل ندهد.
سازه هایی که طراحی می شوند بایستی با آیین نامه های موجود مطابقت داشته باشند. همچنین ضروریست که هماهنگی سازه با طرح معماری بررسی شود و در صورت مغایرت، مهندس سازه و مهندس معمار در کنار هم نسبت به رفع آن اقدام کنند.
مراحل طراحی سازه
به طور کلی می توان مراحل طراحی سازه را در 11 مرحله خلاصه کرد:
- دریافت پلان های معماری تایید شده
- تعیین نوع اسکلت سازه (بتنی، فولادی، چوبی و …)
- تعیین نوع سیستم مقاوم در برابر زلزله (قاب مهاربندی، قاب خمشی و …)
- مشخص کردن جانمایی ستون ها، تیرها و مهاربند
- بارگذاری سازه
- مدلسازی و طراحی با استفاده از نرم افزار ایتبس (Etabs)، سپ (Sap) و سیف (Safe)
- خروجی گرفتن از نقشه های فاز 2
- تهیه دفترچه محاسبات ساختمان
- تایید و مهر نقشه توسط مهندس سازه (دریافت برگه تعهد سازه)
- ارسال نقشه به سازمان نظام مهندسی و شهرداری
- ارائه طرح نهایی و شروع فرایند اجرای سازه
روش های طراحی سازه
برای طراحی سازه های فولادی و بتنی، عموما از سه روش استفاده می شود:
- روش طراحی تنش مجاز (ASD)
- روش طراحی مقاومت نهایی (LRFD)
- روش طراحی حالات حدی (LSD)
تنش مجاز (ASD)
در روش طراحی تنش مجاز (ASD)، ضریب ایمنی برای ایجاد قطعیت در مراحل ساخت و تولید لحاظ می شود. مقاومت ماده به ضرایب اطمینان تقسیم می شود و در محاسبات مقادیر کمتری برای مقاومت منظور می شود. این روش اگرچه ساده تر است؛ اما از نظر ایمنی چندان قابل اتکا نیست و نسبت به روش های دیگر، کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.
مقاومت نهایی (LRFD)
این روش که در بین طراحان از محبوبیت بیشتری برخوردار است، مشابه روش تنش مجاز است با این تفاوت که ضرایب اطمینان در بارها ضرب می شود و بارها افزایش داده می شوند. اما در محاسبات، خود مقاومت های اصلی منظور می شوند.
طراحی حالات حدی (LSD)
این روش به منظور اطمینان بیشتر، از ترکیب دو روش قبلی استفاده می کند. منظور از حالت حدی، شرایطی است که سازه طبق پیش بینی عمل نمی کند. در این روش بخشی از ضریب اطمینان در بارها و بخشی در مقاومت‌ها اثر داده می‌شود؛ یعنی هم بارها بزرگ می‌شوند و هم مقاومت‌ها کم می‌شوند. در طراحی سازه بر مبنای حالات حدی از سه روش استفاده می شود:
- حالت حدی نهایی
- حالت حدی تغییر شکل
- حالت حدی ترک خوردگی یا باز شدن ترک ها
هزینه طراحی سازه
هزینه طراحی سازه و همچنین هزینه برگه تعهد سازه (برگه سبز محاسبات) مطابق با تعرفه سازمان نظام مهندسی محاسبه می شود. با این حال شما می توانید با استفاده از فرم استعلام قیمت تویوت، هزینه طراحی سازه، برگه تعهد سازه و هزینه های هر مرحله دیگری در فرایند ساخت و ساز پروژه تان را به صورت آنلاین و رایگان محاسبه کنید. در صورت تمایل، روی دکمه زیر کلیک کنید.
طراحی سازه فولادی
سازه های فولادی به کمک فولادهای ساختمانی اجرا می شوند. رفتار سازه ای معین، نسبت مقاومت به وزن مناسب، قابلیت اجرای سریع و قیمت پایین از ویژگی هایی هستند که سازه فولادی را به سازه ای محبوب تبدیل کرده است.
سازه های فولادی، سازه های قاب بندی شده هستند. نقش این سازه ها انتقال بار از بدنه به پی است که با توجه به تنوع بارها مانند بار مرده، زنده، زلزله و … محاسبات و اجرای دقیق اعضای سازه، اهمیت ویژه ای دارد. تیرها، ستون ها، مهاربندها، عرشه های فولادی، دیوارهای برشی فولادی و سقف ها همگی اعضای تشکیل دهنده ی سازه فولادی هستند.
برای طراحی سازه‌های فولادی، یکی از استانداردهای سازه فولادی بایستی مرجع طراحی و اجرا قرار بگیرد. ANSI/AISC و ASCE و ISO جزو معتبرترین استانداردهای سازه فولادی هستند. همچنین برای طراحی و اجرای ساختمان‌های فولادی، از دستورالعمل‌ها و استانداردهای زیر استفاده می شود:
- استاندارد 2800: آیین نامه ایمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله
- مبحث ششم مقررات ملی ساختمان: بارهای وارده بر ساختمان
- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان: طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی
طراحی و تحلیل سازه های فولادی عمدتا در نرم افزارهای ایتبس (Etabs)، سپ (Sap) و سیف (Safe) انجام می گیرد.
طراحی سازه بتنی
سازه بتنی، به سازه ای اطلاق می شود که از اتصال ستون و کف های بتنی مسلح تشکیل شده است. سازه‌های بتنی به دلیل عمر زیاد، مقاومت بالا در برابر عوامل طبیعی، اجرای راحت بدون نیاز به نیروی متخصص و هزینه اجرای کم، از پرتقاضاترین نوع سازه‌های ساختمانی به شمار می‌روند. تیر و ستون، دیوارهای برشی، حائل ها و سقف اعضای تشکیل دهنده ی سازه بتنی هستند.
برای طراحی سازه های بتنی، رعایت مواردی که در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران ذکر شده، الزامی می باشد. همچنین تمهیدات لازم برای مقاومت ساختمان در برابر آتش سوزی در مبحث سوم مقررات ملی مطرح شده که رعایت آنها توسط طراح و مجری ضروری می باشد.
تفاوت سازه فولادی با بتنی
سازه فولادی بهتر است یا بتنی؟ این سوال در تمام پروژه ها تکرار می شود و پاسخ آن بستگی به شرایط پروژه دارد. در زیر به برخی از تفاوت های این دو نوع سازه پرداخته ایم:
- فولاد بالاترین نسبت مقاومت به وزن را در بین مصالح ساختمانی از جمله بتن دارد. از نظر کشش و برش 8 برابر قوی تر از بتن است، انعطاف پذیر است و مقاومت بهتری در برابر تنش کششی، فشاری و خمشی دارد.
- اجزای سازه های فولادی در خارج از محل ساخته می شوند؛ در حالی که اجزای بتن مسلح عمدتاً در محل ریخته می شود. در این مورد استفاده از سازه فولادی مزیت بزرگی نسبت به بتن دارد؛ زیرا ساخت قطعات فولادی را می توان به طور همزمان انجام داد؛ در حالی که اجزای بتن، یکی پس از دیگری با فاصله 28 روزه عمل آوری می شوند. به همین دلیل سرعت اجرای سازه فولادی بیشتر است.
- بتن توانایی محدودی برای طی کردن ارتفاعات و فواصل زیاد دارد. برخلاف آن، اعضای سازه‌های فولادی را می‌توان در فواصل طولانی بدون نیاز به تکیه‌گاه‌های میانی قرار داد و در نتیجه مساحت فضاها را به حداکثر رساند.
- سازه های فولادی و بتنی هر دو در برابر آتش، بادهای شدید، برف های سنگین، موریانه ها و آتش سوزی مقاوم هستند. با این حال، سازه های فولادی در برابر زلزله رفتار بهتری دارند. سبکی و شکل پذیری فولاد به قاب سازه کمک می کند تا اثرات مخرب زلزله را جذب و کاهش دهد. اتصالات فولادی با استحکام بالا، امکان تغییر شکل جزئی در اتصالات را فراهم می کند، اما از جدا شدن اعضا و فروریختن ساختمان یا بخش های تحت فشار جلوگیری می کند. طبق گزارشات نیویورک تایمز، فولاد عملکرد بهتری نسبت به بتن در مناطق زلزله زده داشته است.
بدیهی است انتخاب نوع سازه، محاسبه و طراحی آن، نیاز به دانش و دقت بالایی دارد. بنابراین بهتر است برای پیشگیری از هدررفت زمان و هزینه، طراحی سازه خود را به شرکت های معتبر و افراد متخصص بسپارید. تویوت با سالها تجربه در زمینه طراحی و اجرای سازه می تواند از صفر تا صد پروژه همراه شما باشد. فرم زیر راه ارتباطی ما با شماست!