طراحی سازه ساختمان

طراحی سازه چیست؟

اعضای یک ساختمان شامل تیر، ستون، بادبند، دیوار برشی و… می باشند و طراحی سازه به معنی طراحی ساختار این اعضا و رساندن آن ها به مقاومت و پایداری ایده آل است، این پایداری شامل عواملی است که حاصل ارتباط بین سیستم های داخلی و خارجی سازه ساختان می باشند.

هدف از طراحی سازه چیست؟

هدف از ایجاد طرح برای سازه ساختمان عملکرد مطلوب، ایمنی و دوام ساختمان است.

عملکرد مطلوب

عملکرد مطلوب به عنوان هدف طراحی سازه به معنی این است که سازه به اندازه بهره برداری که برای آن پیشبینی شده است، به مشکلی برخورد نکند، بنابراین سازه ای عملکرد مطلوب دارد که:

1. در اثر بارها و سربارهای معمول دچار تغییر شکل زیاد و یا شکست نشود و اجزای غیر سازه ای مثل تیغه ها و نازک کاری ها آسیبی نبینند.
2. لغزشی به وجود نیاید که کاربران آن ساختمان احساس ناامنی کنند.

ایمنی

در این بخش منظور از ایمنی این است که مجموعه قطعات سازه به شکلی سازماندهی شوند که سازه دارای انسجام، شکل پذیری و پایداری مطلوب باشد،  تحت تأثیر انواع نیروها آسیب نبیند، گسیخته نشود و فرو نریزد.

دوام و پایایی

منظور از دوام این است که مصالح سازه با نگهداری معمول کیفیت خود را در تمام مدت از قبل پیشبینی شده به خوبی حفظ کنند به صورتی که در اثر فرسودگی ناشی از گذر زمان ایمنی کاهش نداشته باشد.

طراحی سازه در دو نوع اصلی دسته بندی می شود:

1. طراحی عملکردی
2. طراحی سازه ای

مهندسین سازه و معمار در خصوص این دو مورد ذکر شده، نقش قابل توجهی دارند و برای رسیدن به هدف های عملکرد بهینه سازه و طراحی سازه با پایداری بالای آن تلاش می کنند.

نقش مهندس سازه

مهندس سازه وظیفه دارد تا طراحی سازه را به شکلی بهینه، کاربردی و خلاقانه ارائه کند، مهندسی سازه یکی از گرایش های مهندسی عمران است که به طور اختصاصی با طراحی سیستم های سازه ای سر و کار دارد و هدف ایجاد مقاومت در برابر انواع نیروهای وارد بر سازه و تأمین باربری را دنبال می کند.

یک مهندس سازه حرفه ای ضمن قدرت تفکر و تخیل قوی، تسلط کامل بر مباحث آیین نامه دارد و قادر است بندهای آیین نامه را تفسیر کند، همچنین لازم است با نرم افزارهای طراحی سازه آشنایی لازم را داشته باشد تا تفسیرهایی که از آیین نامه استخراج شده را در مدل های نرم افزاری اعمال نماید و سازه را به طور کامل طراحی کند، برخی از نرم افزارهایی که مهندسین سازه از آن ها استفاده می کنند عبارت اند از: Autocad،  Etabs، Safe و SAP2000.

نقش مهندس معمار

مهندس معمار هم در این حوزه نقش دارد تا در زمینه برنامه ریزی، طراحی معماری پروژه و همچنین نظارت بر ساخت و ساز فعالیت داشته باشد.

قیمت طراحی سازه

هزینه طراحی سازه ساختمان های مسکونی، ویلایی، اداری و تجاری بتنی و یا فولادی با توجه به نوع پروژه و وسعت آن، همچنین روش طراحی و تجربه طراح سازه متفاوت است، در مجموع هزینه های طراحی سازه در گروه ساختمانی ابوالقاسمی مطابق تعرفه و کاملاً منصفانه محاسبه می شوند.

انواع روش های طراحی سازه

روش های طراحی سازه که به آن اشاره شد شامل موارد ذیل است:

1. روش حدی
2. روش ضرایب بار و مقاومت
3. روش تنش مجاز

در ضمن روش تحلیل مستقیم، روش تحلیل مرتبه اول و روش طول موثر از دیگر روش های طراحی سازه های فولادی می باشند.

1. طراحی سازه با روش حدی

در این روش از طراحی سازه، طراحی به شیوه ای انجام می شود که با ایمنی مشخص، سازه به هیچ وجه تحت شرایط نامساعد بارگذاری به آن حالات ویژه که تحت عنوان «حالت حدی» شناخته می شوند، نرسد، حالات حدی حالاتی اند که سازه و یا قسمت هایی از آن، تا مرز رسیدن به آن، وظایف خود را به خوبی انجام می دهد و بعد از رسیدن به آن، توانایی انجام کار را در آن شرایط ندارند.

2. طراحی سازه با روش تنش مجاز

در طراحی سازه ساختمان به روش تنش مجاز، دقت پایین است چرا که احتمال بارگذاری تمام بارها در ترکیب باهم در نظر گرفته نشده است، این روش در گذشته و در آیین نامه ها کاربرد داشت که امروز جای خود را به LRFD داده است.

3. روش ضرایب بار و مقاومت

در این روش با در نظر گرفتن عوامل احتمالی در ضرایب افزایش بار و به طور دقیق تر انجام می شود چراکه در این روش از طراحی سازه، احتمال وارد شدن چندین بار به صورت همزمان در نظر گرفته می شود.

در مجموع در روش های طراحی ساختمان، یک سطح اطمینان برای شکست مد نظر قرار می دهند، این سطح اطمینان نباید آنقدر بالا و محافظه کارانه باشد که سازه سنگین و گران قیمت شود و نه اینکه آنقدر پایین باشد که ایمنی طرح دچار مشکل شود.

برخی از نکات مهم در طراحی سازه ساختمان

• طراحی سازه ساختمان باید به عنوان بخشی اصلی از جریان طراحی، اجرا و نگهداری در نظر گرفته شود.
• لازم است تا دوام سازه در برابر عوامل خورنده نیز مد نظر قرار گیرند.
• احتمال همزمانی تاثیر بارگذاری ها در نظر گرفته شود و هر یک از اجزای سازه به گونه ای طراحی شوند که آماده مواجهه با بارهای ترکیبی باشند.
• تدابیر لازم برای مقاومت ساختمان در برابر آتش سوزی در نظر گرفته شود و مبحث سوم مقررات ملی رعایت شود.
• همچنین توجه داشته باشید که اجزای مختلف سازه و اتصالات آن ها باید به طریقی سازماندهی شوند که از پایداری و انسجام کافی برخوردار باشند و سازه و اجزای آن در برابر دیگر آسیب های موضعی نیز مقاوم باشند و دچار گسیختگی نشوند.

خدمات طراحی سازه گروه ساختمانی ابوالقاسمی

• طراحی سازه و دریافت تأییدیه نظام مهندسی
• ارائه نقشه های فاز 2 سازه
• ارائه نقشه های محاسباتی سازه
• ارائه جدول لیستوفر

روند و مراحل طراحی سازه ساختمان

 طراحی سازه ساختمان از ابتدا تا انتها از روندی مشخص پیروی می کند که در ادامه به تشریح به آن خواهیم پرداخت:

1. دریافت نقشه معماری

در گام ابتدایی نقشه های معماری که توسط معمار طراحی شده، توسط طراح سازه بررسی می شوند چراکه لازم است اسکلت و سازه ساختمان کاملاً منطبق بر نقشه معماری باشند و محل ستون ها، درز انقطاع، محل بازشوها و همچنین گزارش مکانیک خاک توسط طراح سازه بررسی شوند، در ضمن مدارک لازم مثل گزارش مکانیک خاک نیز پیش از آن باید توسط مالک آماده شده باشند.

2. مدلسازی اولیه سازه

در این مرحله، طراح سازه با توجه به ارتفاع طبقات و آکس ستون ها مدلسازی اولیه را در یکی از نرم افزار های طراحی سازه مثل ETABS یا SAFE انجام می دهد، در این مدلسازی مطابق با کاربری ها، بارگذاری طبقات نیز در نظر گرفته می شود، همچنین بارهای زلزله هم در این زمان به سازه اعمال می شود.

3. طراحی اعضای سازه ساختمان

پس از مدلسازی ابتدایی، اسکلت ساختمان تحلیل و طراحی می شود، یک مهندس سازه ماهر در این مرحله تلاش می کند تا سازه ای بهینه طراحی کند که ضمن رعایت تمامی قواعد آیین نامه و مقاومت در برابر بارهای وارده، سبک باشد و هزینه ها نیز تا حد ممکن کاهش پیدا کند.

همچنین ابعاد ستون ها و تیرها، محل قرارگیری دیوارهای برشی، مهاربندها و… نیز مشخص می شوند.

4. مدلسازی دقیق اسکلت

مهندس معمار در مراحل اول از ابعاد تیرها و ستون ها اطلاعاتی ندارد و پس از تهیه طرح اولیه سازه، نقشه های اولیه سازه به معمار تحویل داده می شود تا نقشه های فاز 2 معماری تهیه شوند، در این مراحل مهندس سازه، جزئیات مدلسازی را افزایش می دهد.

5. ترسیم نقشه های اجرایی سازه

یکی از اساسی ترین و حساس ترین مراحل طراحی سازه، ترسیم نقشه های اجرائی ساختمان است، چراکه تمامی اطلاعات مورد نیاز تیم اجرایی از طریق نقشه های اجرایی منتقل می شود، بنابراین تهیه دقیق این نقشه ها از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که کوچکترین اشتباهات می توانند منجر به خطاهای بزرگ شود.

6. تهیه دفترچه محاسبات سازه

دفترچه محاسبات سازه شامل کلیه روش ها و فرضیاتی است که در طراحی سازه به کار رفته است و با هدف حفظ اسناد و قرار دادن آن در اختیار ناظر سازه انجام می شود، اهمیت دیگر این دفترچه در زمانی است که اگر در آینده تغییراتی در سازه انجام شود، استحکام بنا را بتوان از طریق دفترچه بررسی کرد.

7. مهر و امضای مهندس محاسب

هر  طراحی و نقشه سازه لازم است تا توسط یک مهندس سازه و یا دفتر طراحی سازه دارای پروانه نظام مهندسی مهر و امضا شود که به معنای تأیید محاسبات انجام شده می باشد.

8. ارسال نقشه ها و فایل های محاسباتی به شهرداری

مجموعه کامل فایل های محاسباتی، نقشه ها و دفترچه محاسبات آماده شده و به شهرداری ارسال می شوند، همچنین یک رونوشت نیز به نظام مهندسی ارسال می شود تا مراحل دریافت پروانه ساختمان صورت پذیرند.

9. کنترل طرح در نظام مهندسی

نظام مهندسی نیز سازه طراحی شده را از نظر فنی بررسی می کند تا هم از نظر معماری مشکلی نداشته باشد و هم با آیین نامه تطابق داشته باشد، در این مرحله در صورت وجود ایرادات، به طراح سازه جهت اصلاح، اطلاع داده می شود و در صورت نبود ایرادات، سازه طراحی شده، تأیید می شود.

10. پذیرفتن طرح نهایی

در آخر در صورتی که طرح، تمامی نکات نظام مهندسی و دیگر  عوامل نظارت کننده را رعایت کرده باشد، به عنوان طرحی نهایی پذیرفته شده و به سازنده، شهرداری، مهندس ناظر و مجری ابلاغ می شود.

طراحی نقشه های سازه توسط مهندس طراح سازه همزمان با مراحل پیگیری مالک در شهرداری انجام می شوند و در کارتابل نظام مهندسی بارگذاری می شوند.

برخی نکات در طراحی سازه فولادی

در خصوص طراحی سازه های فولادی، برخی روش های تحلیلی به نام روش های تحلیلی مرتبه دوم مجاز دانسته می شود که به شرح ذیل اند:

تحلیل الاستیک مرحله دوم

تحلیل هایی که در آن ها از روش تحلیل سیستم سازه ای الاستیک استفاده می شود، منتها در حین تحلیل آثار مرتبه دوم (شامل آثار P– δ  و  P–Δ) در آن در نظر گرفته می شود.

با این معنی که تحلیل سازه در ابتدا با توجه به نیروهای وارد شده و فرض رفتار الاستیک انجام شده و نیروهای اعضا و جابجایی سازه محاسبه شده که به این راه، تحلیل الاستیک مرتبه اول گفته می شود اما در شرایطی که به جز اثر نیروهای خارجی، اثرات جابجایی حاصل از این دو نیرو نیز محاسبه شوند، (P– δ  و  P–Δ) به این نوع از تحلیل، تحلیل مرتبه دوم گفته می شود، لازم به ذکر است که آثار مرتبه دوم سازه ناشی از غیر خطی شدن سازه هستند.

تحلیل مرتبه دوم از طریق تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته

روش تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته در مبحث دهم، روشی مجاز دانسته شده است، در این روش اثرات لنگرهای ایجاد شده با ضرایب B₁  و B₂ مد نظر قرار می گیرند که این دو با توجه به  توضیحات پیوست دو مبحث دهم محاسبه می شوند.

این مورد نیز به عنوان روشی از تحلیل مرتبه ی دوم مجاز  دانسته می شود.

لازم به ذکر است در این روش های ذکر شده، با ارضای محدودیت هایی که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم، می توان اثر P منهای دلتا را در نظر نگرفت، به شرط اینکه لنگر خمشی حاصل از روش های ذکر شده، در اعضایی که در آن ها اثر نیروی محوری و فشاری و لنگر خمشی با ضریب B1 تشدید شده باشد، این محدودیت ها عبارت اند از:

1. قسمت بیشتر بارهای ثقلی، توسط دیوارها، ستون ها و قاب های قائم تحمل شوند.
2. تحمل حداکثر یک سوم بارهای ثقلی سازه بر عهده ستون های قاب خمشی باشد.
3. نسبت تغییر مکان جانبی حداکثر تحلیل مرحله دوم به تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل  مرحله اول در کلیه طبقات کوچکتر یا مساوی 1/7 باشند.
   

چرا برای طراحی سازه با گروه ساختمانی ابوالقاسمی همکاری کنید؟

• در نظر گیری اصول اساسی برای تأمین فضای بیشتر در ساختمان
• بکارگیری اصول ایمنی و اساسی لازم در طراحی ساره
• قبول پیشنهادات شما توسط تیم گروه ساختمانی ابوالقاسمی تا حد ممکن
• در نظر گیری تمامی اهداف مورد نیاز در طراحی سازه