سازه بتنی

مواد اصلی در ساخت این نوع سازه، بتن است و به همین دلیل از نظر استحکام و مقاومت مورد تائید قرارگرفته است. در حال حاضر به دلیل نوسانات بالای قیمت پروفیل های فولادی اکثر سازندگان ترجیح می دهند از این سازه استفاده کنند. این سازه ها در تمام شرایط آب و هوایی مقاوم بوده و اگر پوشش بتن به خوبی اجرا شود، نم و رطوبت هیچ آسیبی به آن ها وارد نخواهد کرد، از این رو عمر آن ها در مقایسه با سایر سازه ها بیشتر است.

آرماتور، بتن و قالب از قابلیت شکل پذیری برخوردار هستند، به همین دلیل می توان اعضاء سازه بتنی را در مقاطع مختلف اجرا کرد. علاوه بر آن همگن بودن اتصال تیر و دیافراگم سقف در این سازه ها آن ها را از دیگر گزینه ها بارز نموده است. از دیگر ویژگی های سازه های بتنی می توان به مقاومت بالا در برابر آتش سوزی و دارا بودن یک صلبیت بیشتر از سازه فلزی اشاره نمود.

سازه های بتنی شامل دو بخش عمودی و افقی هستند: بخش عمودی، شامل تیرها و بخش های افقی آن شامل ستون‌ها هستند. در حقیقت سازه های بتنی، دوام و استحکام سازه های فلزی را ندارند و دارای عمر طراحی هستند؛ بدین معنی که یک سازه بتنی برای عمری معین طراحی می شود. به طور میانگین، حداقل عمر یک سازه بتنی، حدود 50 تا 60 سال است؛ چرا که بتن با گذشت زمان باعث افت و خیز  می شود و نهایتاً موجب تأثیری منفی در عملکرد سازه در هنگام وقوع زلزله می شود.

به طور کلی مقاوم سازی سازه‌های بتنی به سه روش زیر صورت می گیرد:

• کاهش بارهای وارده بر ساختمان
• وصله کردن یا تقویت اعضای موجود در ساختمان
• اضافه کردن یک تعداد اعضای جدید به ساختمان

در سازه ها در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت های مختلف آن، مثل ستون و پی و شاه تیرها، آن ساختمان را به یک سازه بتنی تبدیل می کند. سازه بتنی آرمه در واقع چهار چوبی است که از اجزای به شدت متصل به یکدیگر تشکیل شده است که به نام اتصالات لحظه ای در بازار شناخته شده است. متداول ترین نوع پوشش کف در سازه های بتن آرمه، شامل دال ها می شود.

در بتن آرمه، دال به یک عضو سازه اطلاق می شود که ضخامت آن در مقایسه با دو بعد دیگر آن کوچک بوده و برای انتقال بار در بام، از کف های ساختمانی و پی ها استفاده می شود. هم چنین سازه های بتنی آرمه به سه روش: تنش مجاز، مقاومت نهایی و روش طراحی بر مبنای حالات حدی صورت می گیرد.

اجزای سازه بتنی

اجزای تشکیل دهنده یک ساختمان بتنی شامل موارد زیر می باشد:

• پی یا فونداسیون
• ستون ها
• تیرهای اصلی
• سقف
• دیوارها

مزایای سازه های با اسکلت بتنی

• بتن کاربرد آسانی دارد و با استفاده از قالب به هر شکلی برای مصرف در می آید.
• حمل و نقل آسان از محل مخلوط شدن به محل بتن ریزی.
• قابلیت پمپاژ یا اسپری کردن برای پر کردن ترک ها، شکاف ها و روکش تونل ها.
• وقتی بتن با فولاد همراه می شود، ساخت انواع سازه ها از یک تیر ساده تا پیچیده ترین سازه ها امکان پذیر است.
• به دلیل یکپارچگی بیشتر بتن نسبت به سایر مصالح، کلیت سازه ظاهر بهتری پیدا می کند و صلب تر خواهد بود.
• خاصیت بتن برای داشتن مقاومت فشاری بالا و همچنین ارزان تر بودن آن، باعث می شود که ساختار بتنی اقتصادی تر از ساختار فولادی شود.
• بتن جزو مصالحی است که می توان آن را با مقاومت مورد نیاز سازه تولید کرد.
• دوام سازه بتنی بسیار زیاد است.
• بتن ریزی را می توان در محل پروژه انجام داد که باعث اقتصادی بودن آن می شود.
• هزینه نگهداری سازه های بتنی در شرایط عادی بسیار کم است.
• بتن مقاومت بیشتری در برابر آتش نسبت به سایر مصالح دارد و می تواند حرارت با درجه ی بالا را تحمل کند.
• بتن در برابر باد و آب مقاومت نسبتاً خوبی دارد؛ بنابراین در ساخت پناهگاه های طوفان بسیار مفید است.
• نوعی از بتن ها که دارای پوکه ی معدنی به عنوان سنگدانه است را می توان به عنوان یک عایق صوتی استفاده کرد.
• لرزش در ساختمان های بتنی به خاطر وزن بالای آن بسیار کمتر است.
• تعمیرات اجزای بتنی در صورت بحرانی نبودن، به راحتی با پاشیدن مواد محافظ روی بتن یا پر کردن شکاف ها و ترک ها با مواد جدید انجام می‌شود.
• قابلیت تزریق شدن این ماده باعث می شود که بتوان از آن در جاهای غیر قابل دسترسی استفاده کرد. برای مثال در ساخت شمع های برجا، بتن کاربری زیادی دارد.

معایب اسکلت بتنی

• وزن زیاد سازه بتنی نسبت به سازه فلزی
• تحمل کمتر در نیروی کششی
• هدر رفت مصالح زیادتر
• نیاز به وجود سقف کاذب
• عدم امکان ترمیم بافت ها در صورت آسیب دیدگی ساختمان
• لزوم استفاده از عایق بندی برای صرفه جویی در مصرف انرژی

سازه فلزی

در ساخت سازه فلزی از مواد اصلی فلز یعنی فولاد استفاده می شود. اتصالاتی که در آن به کار می روند از نوع پیچی، جوشی و پرچی هستند. اجرای این سازه در مقایسه با سایر سازه ها به زمان کمتری نیاز دارد، زیرا اسکلت فلزی را می توان قبل از نصب مونتاژ کرد.

همچنین لزوم اجرای بدون وقفه و همزمان اسکلت باعث می شود سرعت اجرای کار بالا رود. نحوه اتصال اعضاء تیر و ستون در سازه فلزی امکان توسعه طبقات را فراهم نموده است. به همین دلیل می توان ساختمان های بلندتری با آن ساخت.

اگر اتصالات این سازه بر اساس آئین نامه های اجرایی و اصول فنی صورت گیرد و ضوابط مربوط به اتصال دیافراگم سقف با تیرهای باربر رعایت گردد، همچنین پوشش های ضد زنگ استفاده شوند، می توان گفت ساختمان از مقاومت بالایی برخوردار خواهد بود.

سازه فلزی مزایای بی شماری در بر دارد اما در کنار این قابلیت ها از محدودیت اجرایی برخوردار است. گاهی اوقات شرایط آب و هوایی کیفیت جوش را تحت تاثیر قرار می دهد و سرعت زنگ زدگی را افزایش می دهد. از این رو اتصالات باید در وضعیت مناسب آب و هوایی اجرا شوند.

زنگ زدگی ناشی از اکسیدشدن فلز به مرور زمان سطح مقطع فلز را کاهش می دهد، پوسیدگی عمیق تر می شود و در نتیچه مقاومت سازه در برابر بارهای وارده کاهش پیدا می کند. همچنین شکل اسکلت فلزی در آتش سوزی و حرارت بالا تغییر می کند و منجر به تخریب سازه می گردد.

مزایای انواع سازه‌ های فلزی

علت محبوبیت روزافزون انواع سازه‌ های فلزی به ویژگی‌ ها و برتری‌ های آن‌ ها نسبت به بتن و امثال آن مربوط می‌ شود. ویژگی‌ های فولاد مانند استحکام و در عین‌ حال قابلیت شکل‌ دهی آسان، چکش‌ خواری، پذیرش جوش، خاصیت فنری و الاستیکی آن به همراه ویژگی‌ های جذاب هر یک از انواع سازه‌ های فولادی، رمز گرایش زیاد به این نوع سازه‌ ها است.

از ویژگی‌ های انواع سازه‌ های فولادی می‌ توان به استحکام بسیار زیاد در برابر کشش و فشار، عمر طولانی، قابلیت مقاوم‌ سازی بیشتر و تعویض راحت‌ تر، انتقال فشار لرزه‌ ای کمتر به ساختمان هنگام زلزله، نصب آسان (قابلیت اتصال چند قطعه به یکدیگر توسط جوش یا پیچ و مهره)، قابلیت از پیش‌ ساخته شدن، خاصیت ارتجاعی و کیفیت یکنواخت انواع سازه‌ های فولادی اشاره کرد.

معایب سازه فولادی

فولاد در برابر رطوبت هوا و حرارت بالا حساس بوده و این به باعث زنگزدگی اسکلت فولادی می شود؛ به همین دلیل باید از روش‌هایی مانند رنگ آمیزی با رنگ‌های ضدزنگ، پوشش ضد حریق، رنگ ضد حریق و دیگر روش‌های حفاظتی استفاده کرد. همچنین از معایب این سازه‌ها می‌توان به احتمال اتصالات بد با کیفیت نامطلوب در جوشکاری و مقاومت کم در برابر حریق هم اشاره کرد.

سازه چوبی

عمومی ترین راه ساخت دیوارها در سازه های چوبی استفاده از ستون های باربر است. ستون ها از جنس چوب سخت ساخته می شوند و می توانند دهانه را تا 7 متر تحمل کنند. کف، ستون های فرعی و سایر جزئیات به استحکام بیش تر سازه های چوبی ساختمان کمک می کنند. در طراحی اجزای خمشی سازه های چوبی باید به مواردی همچون نیروی خمشی تحت تأثیر از بار، نیروهای فشاری در تکیه گاه، نیروی برشی در سطح محور خنثی و … توجه کرد. طراحی ساختمان های چوبی عموما در مناطقی که قیمت چوب ارزان است بنا می شود.

ویژگی سازه چوبی

چوب های استفاده شده در یک سازه ی چوبی باید به اصطلاح خشک باشند. یعنی باید مدتی از بریده شدن آن ها گذشته باشد. چوب های تر مقاومت کافی را نداشته و در معرض تغییر شکل هستند. امروزه برای خشک کردن چوب ها از کوره های مخصوص استفاده می شود که این امر سبب شده تا بسیاری از مسائلی که در سازه های چوبی وجود داشت از بین برود. اما هنوز هم نحوه ی برش زدن چوب ها مهم است. نحوه ی برش زن چوب می تواند در مقاومت و استحکام سازه چوبی بسیار تأثیرگذار باشد. چوب های استفاده شده در سازه های چوبی باید رطوبتی کمتر از 20 درصد داشته باشند. در سازه های چوبی باید از چوب های مناسب که دارای مقاومت و استحکام خوبی هستند استفاده کرد. چوب درختان کاج، صنوبر و درخت همیشه بهار از بهترین چوب ها برای ساخت سازه های چوبی به شمار می رود. این چوب ها در کارگاه چوب بری پوست کنده می شوند و بعد به وسیله ی برش های طولی و عرضی به الوار تبدیل می گردند.

مزایای چوب و سازه چوبی

چوب عایق گرمایی مناسبی است و چگالی خام کم آن توانایی نگهداری حرارت در چوب را کاهش می دهد و در برابر نیروهای کششی و فشاری نیز مقاومت مناسبی دارد. در صورتی که فشار وارده بر چوب در جهت بافت های آن باشد تا ۴ برابر نیروی فشاری را می تواند تحمل کند. اما چوب در برابر نیروهای کششی آنچنان مقاوم نیست و در برابر نیروهایی که در راستای عمود بر بافت آن وارد می شوند کمی ضعف دارد.

معایب سازه های چوبی

• نداشتن مقاومت کافی در برابر آتش سوزی
• نداشتن امنیت لازم در هنگام زلزله
• عدم توانایی استفاده از آن در مناطق مختلف
• مقاومت کم در برابر حشرات

اگرچه اکثر این موارد به وسیله تکنولوژی های روز می تواند برطرف شود. حتی برخی از این نقاط ضعف با برطرف شدن به نقاط قوت این نوع سازه ها تبدیل شده است. به عنوان مثال امروزه سازه های چوبی گزینه های مناسبی در برابر زلزله ها هستند.

دفترچه محاسبات

دفترچه محاسبات حاوی مشخصات کلی پروژه مانند محل زمین، کاربری، ابعاد، تعداد طبقات، سیستم های مقاوم باربر ثقلی و جانبی، آیین نامه ها و نرم افزارهای مورد استفاده و نکات مهم گزارش خاک از جمله نوع خاک از نظر لرزه ای، تنش مجاز و ضریب عکس العمل خاک برای انواع شالوده ها می باشد. بارگذاری ثقلی باید به طور کامل در دفترچه محاسبات شرح داده شود. در بارگذاری ثقلی باید جزئیات کلیه سقف ها، دیوارهای پیرامونی و تیغه بندی ها طبق نقشه های معماری مشخص شود و محاسبات بار بر اساس آن و ضوابط مبحث ششم انجام گیرد.

بارگذاری جانبی سازه باید به طور کامل در دفترچه محاسبات شرح داده شود. بارگذاری جانبی، جزئیات محاسبه زمان تناوب مورد استفاده و بارهای استاتیکی معادل   ( و دینامیکی در صورت لزوم) به طور کامل ارائه شود. بر روی جلد دفترچه محاسبات نیز باید مشخصات مالک، شماره پرونده و نوع سازه ذکر شود.

همچنین موقع تحویل کار مهندس محاسب باید چک لیست هایی را مطابق سازه طراحی شده تهیه و در اختیار مالک قرار دهد که این چک لیست ها شامل : زلزله (آیین نامه 2800) ، سازه نگهبان، مشخصات فنی می باشند.

طراحی سازه ساختمان، تمام موارد دخیل در اجرای ساختمان را در بر می گیرد. 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 می شود. در واقع طراحی سازه ساختمان تا حد زیادی وابسته به بودجه اجرای ساختمان صورت می پذیرد.

کیفیت طراحی سازه باید به گونه ای باشد که فضاهای طراحی شده توسط طراحی معماری با محدودیت روبرو نشود زیرا تمام 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 است. 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.

مراحل طراحی سازه شامل موارد زیر است که البته ممکن است در برخی از پروژه‌ها با توجه خصوصیات پروژه یک یا چند مرحله حذف شود:

1- دریافت فایل نقشه‌های معماری

اولین مرحله کار مهندس طراح سازه بررسی نقشه‌های معماری، بررسی محل ستون‌ها، کنترل گزارش مکانیک خاک، نوع خاک، محل درز انقطاع، محل بازشوها، محل باکس راه‌پله و آسانسور می‌باشد. بنابراین قبل از شروع طراحی سازه سازندگان ساختمان بایستی این مدارک را آماده کنند. طراحی اسکلت سازه باید کاملاً منطبق بر طرح معماری باشد.

2- مدلسازی اولیه سازه

مهندس محاسب با توجه به محل آکس ستون‌ها و ارتفاع طبقات که در نقشه‌های اولیه معماری وجود دارد مدل اولیه سازه را در نرم‌افزار ایتبس (ETABS)  ایجاد می‌کند. همچنین بارگذاری طبقات مطابق با کاربری هر طبقه در مدل نرم‌افزاری تعریف می‌شود. بارهای ناشی از زلزله نیز در این مرحله تعیین می‌شود و به سازه اعمال می‌شود.

3- طراحی ابعاد اعضای سازه ساختمان

بعد از مدلسازی اولیه مهندس طراح سازه اقدام به طراحی اسکلت ساختمان می‌کند. در صورتی که مهندس طراح، دغدغه بهینه‌سازی ساختمان و کاهش هزینه داشته باشد، تلاش می‌کند تا حد امکان سازه سبک‌تری را طراحی کند. سازه‌ای که هم در برابر بارهای وارده از جمله بارهای زلزله مقاوم باشد و هم تا حد امکان کمترین هزینه ساخت را در پی داشته باشد. از جمله مواردی که در این مرحله آماده می‌شود می‌توان به ابعاد ستون‌ها در طبقات مختلف، محل دیوار برشی‌ها، محل قرارگیری مهاربندها و آویز تیرها اشاره کرد.

4- مدلسازی دقیق اسکلت ساختمان براساس نقشه‌های فاز دو معماری

بعد از طرح اولیه سازه، نقشه‌های اولیه به تیم معماری تحویل داده می‌شود تا آنها بتوانند نقشه‌های فاز دو معماری را تهیه کنند. ابعاد ستون‌ها را از ابتدا نمی‌توان در طرح معماری بصورت دقیق در هر طبقه تعیین کرد. از این رو نیاز به طرح اولیه سازه هست تا تیم معماری بتواند نقشه‌های معماری فاز دو را تهیه کند. مهندس محاسب سازه در این مرحله مدل را دقیق‌تر بررسی می‌کند تا طراحی اسکلت با جزئیات بیشتری انجام شود.

5- رسم نقشه‌های اجرائی سازه

ترسیم نقشه‌های اجرائی یکی از مهم‌ترین و حساس‌ترین مراحل طراحی سازه است. از این نظر که تمامی آنچه تیم طراحی سازه مدنظر دارد تنها از طریق نقشه‌های اجرائی به تیم اجرای ساختمان منتقل می‌شود. اشتباهات ترسیمی کوچک در این مرحله می‌تواند منجر به خسارات بزرگ در زمان اجرای ساختمان شود. مهندس طراح سازه از مدل نرم‌افزاری سه بعدی سازه، نقشه‌های اجرائی دقیق را ترسیم می‌کند.

6- تهیه دفترچه محاسبات سازه

آخرین مرحله محاسباتی مربوط به تهیه دفترچه محاسبات سازه است. دفترچه محاسبات سازه شامل تمامی فرضیات و روش‌هایی است که مهندس در طرح سازه بکار برده است. وجود این دفترچه همچنین از این لحاظ اهمیت دارد که در صورتی که در آینده تغییراتی در سازه یا کاربری ساختمان ایجاد شود، از طریق این دفترچه می‌توان استحکام بنا را بررسی کرد.

7- مهر و امضاء مهندس محاسب

هر طرح سازه بایستی توسط یک مهندس محاسب یا یک دفتر طراحی سازه مورد تأیید نظام مهندسی ساختمان، مهر و امضاء شود. این مهر به معنی تأیید محاسبات سازه و فرضیات طراحی سازه توسط فرد یا شرکت محاسب می‌باشد. این مهر و امضاء در فضای ساختمان‌سازی شهری به برگه سبز محاسب سازه معروف است.

8- ارسال نقشه‌ها و فایل‌های محاسباتی به شهرداری

مجموعه کامل شامل فایل‌های محاسباتی، مدلسازی‌ها، نقشه‌ها و دفترچه محاسبات آماده شده و به شهرداری ارسال می‌گردد. همچنین یک نسخه رونوشت به سازمان نظام مهندسی ساختمان به منظور کنترل ارسال می‌گردد. البته در شهر تهران تنها برای ساختمان‌های بالای 2000 متر مربع نیاز به دریافت تأییدیه از سازمان نظام مهندسی ساختمان هست. این قوانین در شهرهای مختلف، متفاوت است. ارسال فایل‌های محاسباتی به شهرداری با هدف اخذ پروانه ساختمان صورت می‌گیرد که در مورد پروانه ساختمان می‌توانید در این مقاله مطالعه کنید.

9- کنترل در سازمان نظام مهندسی

سازمان نظام مهندسی طرح سازه را از نقطه نظر فنی بررسی می‌کند تا هم از حدود آیین‌نامه‌ای تخطی نداشته باشد و هم از منظر مطابقت با معماری ایرادی وجود نداشته باشد. در این مرحله در صورتی که ایرادی وجود داشته باشد به اطلاع مهندس طراح سازه می‌رسد و در غیر اینصورت طرح سازه تأیید می‌شود.

10- اصلاح مجدد و ارائه طرح نهایی

نهایتاً طرح در صورتی که همه نکات سازمان نظام مهندسی و سایر ارکان‌های کنترل کننده را داشته باشد، به عنوان طرح نهایی پذیرفته شده و به شهرداری، سازنده ساختمان، مهندس ناظر و مهندس مجری ابلاغ می‌شود.