در روند طراحی سازه یک ساختمان مسکونی یا صنعتی پارامترهای بسیاری دخیل هستند که طراح سازه با در نظر گرفتن آنها می تواند به سمت ایجاد یک طرح بهینه و اقتصادی حرکت کند. در این مقاله قصد داریم تا با توضیحات مختصری به این موضوع بپردازیم.
مقدمه ای بر بهینه سازی سازه
بهینه سازی سازه در واقع تلاشی است که نتیجه آن استفاده حداکثری از ظرفیت المانهای موجود برای برطرف کردن نیازهای آئین نامهای و بهرهبرداری است. به عبارت دیگر میتوان گفت که در بهینه سازی سازه برخلاف تصور نادرستی که از آن بعنوان سبک سازی یاد میشود، هنر چیدن درست هر عضوی از سازه در جای مناسب خود میباشد. در واقع سبکتر شدن سازه یکی از ثمرات بهینه سازی سازه میباشد. از آنجاییکه امروزه قسمت بزرگی از هزینههای ساخت ابنیه مسکونی و صنعتی صرف سازه آنها میشود، بهینهسازی سازه اهمیت ویژهای پیدا میکند. در ادامه نکاتی که باعث میشود طرح سازههای بتنی و فولادی از نظر اقتصادی مناسب باشد بصورت مختصر آورده شده است.
سازههای بتنی
امروزه در کشور ما با توجه به قیمت بالای فولاد و تمایل سازندگان به سود بیشتر در بخش ساخت و ساز واحدهای مسکونی، سازههای بتنی از جهت هزینه ساخت کمتر طرفدار بیشتری نسبت به سازههای فولادی دارند. در سازههای بتنی اغلب المانهای تشکیل دهنده عبارتند از تیرها، ستونها، دیوارهای برشی بتنی و سقف. انتخاب نوع سیستم باربرجانبی مناسب و همچنین سیستم باربر ثقلی نقش کلیدی در طرح بهینه سازههای بتنی دارد. گذشته از این، یکی از کنترلهای مهم سازههای بتنی نظم پیچشی میباشد که اگر نیازهای معماری اجازه دهند با رعایت این کنترل قسمت بزرگی از مسیر رسیدن به یک طرح اقتصادی و بهینه طی شده است.
تیرها
در تیرهای بتنی انتخاب ابعاد مناسب از اهمیت ویژهای برخوردار است. علاوه بر آن لازم است تا از ضرایب ترک خوردگی مناسب (پیچشی، خمشی و وزنی) استفاده شود. در واقع اگر سیستم سازهای انتخاب شده قاب خمشی به تنهایی باشد، ابعاد تیرها نقش بسیار مهمی در نحوه توزیع نیروی زلزله بین قاب ها (در پلان) خواهند داشت. هچنین تیرها نقش ویژهای در کنترلهای نامنظمی پیچشی و دریفت دارند که نباید از آنها غافل شد. کنترل های برش چشمه اتصال و تیر ضعیف – ستون قوی نیز به ابعاد انتخابی تیرها وابسته هستند. هرچه طول دهانهها در یک سازه بتنی بیشتر باشد، طرح بهینه تیرها اهمیت بیشتری پیدا میکند. بنابراین لازم است تا توجه خاصی به ابعاد مورد نظر برای تیرها با درنظر گرفتن نیازهای آئین نامهای بشود.
ستونها
ستونهای بتنی نیز علاوه بر آنکه مشابه تیرها ابعاد و ضرایب ترک خوردگی آنها اهمیت ویژهای دارد، نحوه چینش آرماتورهای طولی نیز مهم است. ابعاد ستونها میبایست به طریقی انتخاب شوند که هم نیازهای معماری تامین گردد و هم عملکرد قابها در جهتی که مدنظر طراح سازه هستند بهبود پیدا کند. علاوه بر این موارد جانمایی و انتخاب محل قرارگیری ستونها و همچنین تعداد ستونها نقش بسیار کلیدی در طرح بهینه یک سازه ایفا میکنند.
دیوارهای برشی
اگرچه ضوابط نسبتا سخت گیرانهای در مبحث نهم برای طراحی دیوارهای برشی بتنی ویژه در نظر گرفته شده و باعث سنگینتر شدن سازه میشود، اما در مواقعی برای رسیدن به سختی بیشتر در سازه و یا با توجه به نوع سیستم باربر ثقلی و اهمیت ساختمان لازم است تا از دیوارهای برشی بتنی استفاده شود. در این مورد نیز دیوارها مشابه ستونها هستند و باید به مواردی که در بخش ستونها گفته شد عینا برای دیوارها نیز در نظر گرفته شوند. در عین حال میتوان در مواردی که آئین نامه اجازه میدهد در این حالت از ترکیب سیستمها در ارتفاع برای کاهش استفاده از دیوار برشی بهره گرفت.
سقف
انتخاب نوع سیستم باربر ثقلی با توجه به تنوع موجود، دارای اهمیت است. متاسفانه در بسیاری از موارد پیمانکاران با وعدههایی همچون سبکتر شدن سازه و افزایش متراژ دهانهها اقدام به فریب دادن سازنده میکنند. این درحالیست که برخی از سقفها در ازای افزایش متراژ دهانه باعث سنگینتر شدن سازه و افزایش آرماتور مصرفی در سقف، تیر و ستونها (کل سازه) میشوند. بنابراین لازم است تا با توجه به نیازهای معماری و جانمایی ستونها و همچنین متراژ دهانههای مدنظر سقف مناسب انتخاب گردد.
سازههای فولادی
اگرچه در بخش مسکونی سازههای فولادی نسبت به سازههای بتنی دارای طرفداران کمتری هستند، اما در بخش صنعتی سازههای فولادی نقش پررنگی را ایفا میکنند. به همین جهت با توجه به قیمت بالای فولاد، طرح بهینه سازههای فولادی از اهمیت ویژهای برخوردار است. در سازههای فولادی اغلب المانهای تشکیل دهنده عبارتند از تیرها، ستونها، مهاربندها، اتصالات و سقف. با توجه به تنوع بیشتر سیستمهای سازهای در بخش فولادی انتخاب نوع سیستم باربرجانبی مناسب و همچنین سیستم باربر ثقلی نقش بیشتری در طرح بهینه سازههای فولادی دارد.
تیرها
در طرح بهینه تیرهای فولادی نیز بجز مورد ضرایب سختی (که کاربردی ندارد)، موارد مد نظر مشابه تیرهای بتنی است. علاوه بر آن در سولههای صنعتی و استفاده از تیرها (رفتر) با مقاطع غیر منشوری، طول نواحی منشوری و غیرمنشوری حائز اهمیت است. چراکه در تامین کنترل جابجایی تاج سوله و همچنین رعایت نسبت تنش رفترها، انتخاب طول مناسب برای هر یک با توجه به متراژ دهانه و شیب سقف اهمیت دارد. همچنین در سیستم سازهای همچون مهاربند واگرا انتخاب ابعاد مناسب برای تیر پیوند با توجه به نیازهای برشی و ضوابط لرزهای حاکم، در تعیین مقاطع مهاربند و ستونها تاثیرگذار است.
ستونها
مقطع ستونها در سازههای فولادی عمدتا از نوع قوطی و مقاطع آی و اِچ شکل میباشد. بدین ترتیب علاوه بر آنکه مشابه ستونهای بتنی جانمایی و محل قرارگیری آنها اهمیت دارد، جهت قرارگیری ستونها بخصوص برای مقاطع آی و اِچ شکل نیز برای عملکرد بهتر قابها بسیار مهم است. در مبحث دهم ویرایش جدید نیز ضوابط سخت گیرانهتری در کنترل تیر ضعیف – ستون قوی برای ستونهایی که در هر دو جهت متعامد جزو سیستم قاب خمشی هستند، در نظر گرفته شده است. بنابراین لازم است تا ستونها ترجیحا در یک جهت جزوی از سیستم قاب خمشی باشند. همچنین این مورد هم باید در نظر گرفته شود که نوع مقطع انتخاب شده برای ستون با توجه به نیاز خمشی یا محوری متناسب باشد.
مهاربندها
در مهاربندهای یک سازه فولادی انتخاب دهانههای مناسب و تعداد آنها برای مهاربندی از اهمیت ویژهای برخوردار است. همچنین نوع مهاربندی (همگرا یا واگرا) نیز با توجه به نیازهای معماری و لرزهای از مواردی است که باید به آن توجه شود. علاوه بر این موارد لازم تا طراح سازه در صورت استفاده از مهاربند همگرا، به نحوه چینش مهاربندها در ارتفاع سازه با توجه به طول و ارتفاع دهانه توجه کند.
اتصالات
اتصالات تیرها و مهاربندها یکی از عوامل بسیار مهم در طرح بهینه سازههای فولادی هستند. در تیرها اینکه کدام یک بصورت گیردار باشند و در عملکرد قاب خمشی مشارکت داشته باشند و کدام یک مفصلی باشند و عملکرد ثقلی داشته باشند از اهمیت ویژهای برخوردار است. همچنین با توجه به تنوع اتصالات گیردار تیرها ( از پیش تایید شده)، نباید از انتخاب مناسبترین اتصال غافل شد. کنترلهای مربوط به برش چشمه اتصال و تیر ضعیف – ستون قوی به نوع اتصال گیردار تیر وابسته هستند. در مهاربندها نیز نوع اتصال (پیچی یا جوشی) و جزئیات آن در میزان مصرف ورق فولادی و هزینه اجرا تاثیرگذار است. علاوه بر این موارد نحوه چینش پیچها در وصله تیرها و ستونها، میزان مصرف ورق فولادی را تعیین میکند.
سقف
در سازههای فولادی استفاده از دو نوع سقف کامپوزیت و عرشه فولادی بسیار رایج است. در این سقفها فاصله مناسب تیرچهها از یکدیگر و تعداد آنها در یک دهانه در تعیین نوع مقطع تیرچههای فولادی و طرح بهینه آنها دارای اهمیت بوده و لازم است تا طراح سازه توجه ویژهای به این موضوع داشته باشد.
نتیجه گیری
طرح بهینه سازههای فولادی و بتنی با توجه به قیمت بالای فولاد و هزینههای زیادی که اغلب در بخش سازه ابنیه مسکونی و صنعتی میشود، نقشی پر رنگ داشته و لازم است تا یک طراح سازه به آن توجه ویژهای داشته باشد. پارامترهای بسیاری از نیازهای معماری گرفته تا نیازهای آئین نامهای و لرزهای در طرح بهینه یک سازه تاثیرگذار هستند. طراحان سازه با توجه به امکانات موجود و زمان مورد نیاز برای طراحی معمولا نمیتوانند همه موارد را در نظر بگیرند. افرادی که بصورت حرفهای در صنعت ساخت و ساز مشغول هستند، همیشه به دنبال راهکارهایی در جهت کاهش هزینههای ساخت و سود بیشتر از این صنعت میباشند. یک طرح خوب، طرحی است اقتصادی، بهینه و با کیفیت که در عین حال نیازهای بهرهبرداری را تامین میکند.
یکی از خدمات ما بهینهسازی سازهها با هوش مصنوعی است، به نحوی که تمامی موارد ذکر شده در بالا بعلاوه صدها مورد دیگر در کمترین زمان با بهرهگیری از هوش مصنوعی برای ارائه یک طرح اقتصادی و خوب به سازندگان محترم در نظر گرفته میشود. برای کسب اطلاعات بیشتر میتوانید به صفحه اصلی سایت مراجعه نمایید.