طراحی سازه

                                                                سازه
سازه به انگلیسی strueture در معنای وسیع
و کاربردی در علوم فنی عبارت است از نوعی ساختار خلق شده به دست بشر که شامل
اجرایی با روابط پیچیده باشد و اهداف منظر انسانی را محقق نماید.سازه در مهندسی
شازه عبارت است از یک عضو یا مجموعه ای از اعضا که به منظور تحمل و انتقال نیرو به
کار میرود.
سازه های ساختمانی عمومن مجموعه ای از اعضا هستند که وظیفه انتقال بارهای مرده و
زنده را به زمین به عنوان تکیه گاه و جاذب انرژی مطلوب و مورد اعتماد بشر بر عهده
دارند.
در صنعت ساختمان به یک ساختار معماری یا مهندسی ثابت که مجزا از دیگر ساختار ها
قابل تشخیص باشد یک سازه یا نبافنی می گویند.سازه بخشی از حجم کل است که بارهای
وارده را تحمل و انتقال میدهد شایان ذکر است که در سازه های ساختمانی بارهای(زنده‌‌‍،مرده،برف،زلزله
و …) از طریق تیرچه ها به تیر اصلی و از تیر اصلی به ستون ها و از ستون ها به پی
منتقل می شود و پی ها نیز نیرو ها را به خاک منتقل می کنند به عبارتی سازه حافظ
اجسام در برابر بارهای وارد به آن است.بارهایی را که سازه در طول ساخت تا پایان عمر
ساختمان تحمل می نماید و برای آن طراحی شده تیتر وار به قرار زیر است:
۱ـ بار مرده که وزن کلیه مصالحی را شامل می شود که برای ساخت هر عضو سازه استفاده
می شود.
۲ـ بار زنده کلیه بارهایی که در حین ساخت و در زمان بهره برداری ساختمان به آن
وارد می شود.
۳ـ بار اجرایی که ناشی از عملیات اجرایی در حین ساخت سازه است.
۴ـ بار برف و یخ.
۵ـ بار باران.
۶ـ بار باد.
۷ـ بار های ناشی از تغییرات حجم مصالح.
۸ـ بار ناشی از انفجار
(منبع:ویکی پدیا سازه)

انواع سازه:
سازه های ساختمانی به شکل کلی به سازه های فولادی- بتنی(ترکیبی از فولاد و بتن) و
سازه های چوبی تقسیم می شود.
سازه های بتنی سازه هایی هستند که مصالح غالب در آن ها از عنصر بتن است و سازه های
فولادی مصالح غالب آن ها فولاد های ساختمانی است.
با پیشرفت صنعت ساختمان بسیاری از سازه ها به این بخش وارد سدند که در مبحث یازدهم
مقررات ملی ساختمان با نام سازه ها یا ساختمانهای صنعتی معرفی شده اند که به قرار
زیرند و در هفت دسته قرار می گیرند.
۱ـ سیستم قاب های سبک فولادی سرد نورد شده (LSF)
سیستم قاب های سبک فولادی به عنوان یک سیستم متشکل از مقاطع فولادی سرد نورد شده
به روش غلطکی است که اجزای آن با اتصالات پیچی،پرچی یا جوشی به یکدیگر متصل می
شوند این سیستم که از نوع دیوار باربر است ظرفیت ترکیب با سیستم های سازه ای دیگر
همانند دیوار های بتن آرمه را نیز دارد . می تواند در ساخت ساختمان های کوتاه
مرتبه به صورت سیستم سازه ای ترکیبی به کار گرفته شود.مقاطع مورد استفاده در این
سیستم دارای ابعاد متنوعی با محدوده تغییرات ضخامتی بین 0.6 میلی متر تا 25 میلی
متر می باشند اجزای قایم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونی در بارهای ثقلی عمل
می کند و تحت نام استاد معرفی و اعضای افقی که استادها را به هم وصل می کنند رانر
یا تِرَک نامیده می شوند. سقف سازه این ساختمان ها  متشکل از تیرچه ها یا لایه های فلزی سرد نورد
شده است. رانر ها و تیرچه ها عمدتن دارای مقاطع با اشکال C یا Z می باشند. پوشش
سقف وال بتن آرمه در صورت تامین یکپارچگی لازم بین بتن و پروفیل فولادی تیرچه می
تواند به عنوان یک سقف مرکب بتنی-فلزی طراحی شود.
سیستم قاب های فولادی سرد نورد شده LSF عمدتن به دو روش طبقه ای و دیوار
های یکپارچه اجرا می شود. در روش طبقه ای استاد های دیوار توسط دیافراگم سقف قطع
شده و طبقات مجزا از یکدیگر اجرا می شوند. در این روش قطعات تشکیل دهنده ساختمان
به صورت فانل های \یش ساخته در کنار هم و در ارتفاع نصب می شوند.
در روش اجرای یکپارچه استاد ها به صورت یکسره و بدون قطع در تراز طبقه طراحی و
اجرا می شوند و تیرریزی اسکلت به صورت یکسره با عبور از کنار ستون صورت می گیرد.
نمونه مقاطع فولادی سرد نورد شده در سیستم LSF :


محدودیت:
سیستم LSF به
همرا مهاربند جانبی حداکثر تا ارتفاع ۱۵ متر از تراز پایه در تمام کشور مجاز است
ـ در این سیستم حداکثر بار مرده 350 KG در متر مربع و حداکثر بار زنده 250
KG در
متر مربع می باشد.
الزامات:
ـ طراحی درزه ای و سازه ای باید بر اساس نشریه ض ـ608 مرکز تحقیقات راه مسکن و شهر
سازی صورت پذیرد
ـ اتصال اسکلت به سازه پی باید از طریق ریشه گذاری میل مهار در سازه پی و اتصال آن
به ناودانی زیرین به وسیله مهره صورت گیرد.
ـ مقاطع سبک فولادی نباید در تماس مستقیم با خاک و محیط های مرطوب باشند.
ـ به کار گیری مصالح فبایی در دیوار های داخلی و خارجی در دهانه قاب ها مجاز نمی
باشد.
ـ حداکثر وزن دیوار تمام شده در جدا کننده های داخلی نباید از 50
KG بر
متر مربع و در دیوار های خارجی نباشد بیش از 100 KG بر متر مربع
باشد.

سازه ها و ساختمان های بتن آرمه با قالب های
عایق ماندگار ICF
سیستم سازه ای ساختمان های بتن آرمه با قالب های
عایق ماندگار، از نوع دیوار باربر است که قالب
دیوار های بتنی آن پس از بتن ریزی، جز پی اند و دیوار محسوب می گردد و نقش
عایق حرارتی را دارد. در صورتی که ضوابط شکل ذیری بر اساس استاندارد 2800 و مبحث
نهم مقررات ملی ساختمان رعایت نشود، کاربرد این سیستم صرفن در مناطق واقع در پهنه
با خطر نسبی کم و متوسط و برای ساختمان های دارای اهمیت کم و متوسط تا حداکثر
ارتفاع 10 متر مجاز است بدیهی است در صورتی که ضوابط شکل پذیری رعایت شود حداکثر
ارتفاع ساختمان بر اساس استاندارد 2800 ، 50 متر از تراز پایه است مشروط اینکه
ضوابط محافظت در برابر آتش سوزی آن نیز تامین شود.
ـ ضخامت جداره ها در این سیستم و فاصله دو عایق از یکدیگر باید بر اساس ناز های
سازه ای و حرارتی تعیین شود و ضخامت دیوار های باربر بتنی نباید کمتر از 150 میلی
متر باشد.




ـ در مسیر انتقال بار توسط دیوار های باربر
نباید هیچ گونه انغطاعی وجود داشته باشد و اتصال پانل ها به یکدیگر به صورت عمودی
یا افقی مجاز است.


ـ در پانل های سقفی باید خیز منفی به مقدار نیم
درصد طول دهانه در وسط دهانه تیر ها رعایت شود.
ـ برای تامین پایداری قایم پانل های دیواری به منظور بتن پاشی لازم است در فاصله
80 تا 100 سانتی متری از بالای دیوار از پشت بند های افقی و وادارات استفاده شود.

ساختمان های بتن آرمه در جا به شیوه قالب های تونلی:
سیستم موسوم به تونلی فقط در انبوه سازی های استفاده می شود و از نوع سیستم دیوار
باربر و سقف بتنی است. از آنجایی که سقف و دیوار ها به صورت سلولی و همزمان،
آرماتور بندی، قالب بندی و بتن ریزی می شوند، این سیستم به تونلی شهرت یافته است.
با این روش اجرا ضمن افزایش سرعت و کیفیت ، عملکرد سازه ای و رفتار لرزه ای مجموعه
سازه به لحاظ یکپارچگی اعضا و اتصالات آنها به نحو چشمگیری بهبود می یابد. قالب ها
به صورت یکپارچه بسته و باز می شوند. خروج قالب های تونلی پس از بتن ریزی دیوار و
سقف و گیرش اولیه بتن، با فاصله دادن قالب ها از جدار های بتن ریزی شده و با حرکت
افقی روی چرخ یا غلطک صورت می گیرد جدار هایی که با این روش اجرا می شوند، جدار
های اصلی داخلی و برخی جداره های جانبی هستند. تجربه زلزله های گذشته عمومن رفتار
مناسب سازه این ساختمان ها را نشان داده است. پانل های نما به صورت پیش ساخته در
نظر گرفته و پس از تکمیل سازه اصلی به آن متصل می شوند. در ساختمان های اجرا شده
به روش تونلی، ابتدا آرماتوربندی و تعبیه مسیر های تاسیسات برقی در دیوار ها انجام
می شود و همزمان با این اقدامات قالب بندی بازشو های مورد نیاز برای تاسیسات، در و
پنجره اجرا می شود. اجرای جداره های بتنی پرداخت شده، نیاز به نازک کاری برروی
سطوح آنها را برطرف می کند.
الزامات طراحی:
ـ اجرای این سیستم در کلیه پهنه های لرزه خیزی ایران حداکثر تا 50 متر از تراز
پایه بلا مانع است.
ـ حداکثر ارتفاع خالص دیوار بدون احتساب ضخامت سقف 3 متر و حداقل ضخامت دیوار 150 میلی
متر برای دیوار های هر طبقه در این سیستم مجاز است.


ساختمان های بتن آرمه در جای یکپارچه:
استفاده از این روش اجرا فقط در انبوه سازی ها توصیه اقتصادی دارد. در این شیوه
امکان اجرای سازه پی به صورت نواری یا گسترده وجود دارد، اما معمولن به دلیل سهولت
در اجرا ، افزایش سرعت، کاهش هزینه و بهبود کیفیت از نوع گسترده استفاده می شود.
سیستم سازه ای این روش متشکل از دیوار های باربر بتن مسلح در ترکیب با دال بتنی
درجا است که همراه با سازه پی آن ساختار یکپارچه و کاملن مستحکمی را در برابر نیرو
های جانبی و قایم پدید می آورد.تجربه زلزله های گذشته، عمومن رفتار مناسب این
سیستم سازه ای را نشان داده است.
آزادی عمل در طراحی معماری به دلیل امکان توزیع دیوار های باربر در هر دو امتداد
اصلی متعامد در کل پلان و همچنین امکان حرکت طولی، عرضی و ارتفاعی تاسیسات در
تقاطع دیوار ها و سقف از دیگر مزایای این روش است.
 

سازه ها و ساختمان های نیمه پیش ساخته با صفحات
بتن پاششی سه بعدی تری دی پانل (3D پانل). ساختمان های نیمه پیش
ساخته با صفحات بتن پاششی سه بعدی که به تری دی پانل مشهورند، متشکل از یک شبکه
خرپایی فضایی از مفتول های ساده، یک لایه پلی استایرن به ضخامت 40 تا 90 ملی متر و
دولایه بتن پاشتی در طرفین است.شبکه خرپایی فضایی از اتصال شبکه های فولادی ساخته
شده به روش جوش نقطه ای اتوماتیک توسط مفتول های مورب حاصل می شود. در این سیستم،
بازشو ها در زمان تولید در کارخانه یا پیش از نصب تعبیه و تقویت های لازم با
استفاده از شبکه های فولادی انجام می شود بازم به ذکر است که بازشو ها را پس از
نصب پانل ها و پیش از انجام بتن پاشی نیز می توان اجرا نمود و اطراف آن را با توجه
به ضوابط تقویت و مستحکم نمود. لازم است که پانل ها برای تحمل برش و خمش وارده در
سقف و تحمل بار محوری و برش عرضی در دیوار ها طراحی شوند و جزییات لازم برای
یکپارچه نمودن اجزای سیستم به دقت مورد توجه قرار گیرند. در این پانل ها لایه پلی
استایرن علاوه بر نقش قالب بندی در عایق کاری حرارتی نیز موثر است پانل های تری دی
در قطعاتی با عرض 1 متر و طول 3 متر تا 6 متر در کارخانه تولید می شوند و پس از
حمل به کارگاه و اجرای زیر سازی مناسب در موقعیت خود قارا داده و به هم متصل می
شوند.
پس از اجرای تاسیسات مکانیکی  و برقی لازم
است دو سمت پانل ها با بتن ریزدانه بتن پاشی شود.
الزامات:
ـ پلی استایرن مورد استفاده در پانل ها باید حداقل دارای چگالی 15
KG در
متر مکعب و از نوع کند سوز باشد.
ـ ضخامت هسته عایق در پانل های دیواری حداقل 40 میلی متر و به تناسب آن فاصله شبکه
های جوش شده از یکدیگر باید حداقل 80 میلی متر باشد.
ـ ضخامت هسته عایق در پانل های سقفی حداقل 60 میلی متر و به تناسب آن فاصله شبکه
های جوش شده از یکدیگر باید حداقل 100 میلی متر باشد.
– ضخامت بتن پاششی در هر طرف نباید از 40 میلی متر کمتر و از 70 میلی متر بیشتر
باشد.
– حداکثر ارتفاع مجاز ساختمان ساخته شده با پانل تری دی مشروط به اجرای کلافهای
افقی و قایم و رعایت حداقل قطر مفتول ها (3 میلی متر) ۱۰ متر و در غیر اینصورت 7.2
متر از تراز پایه است.
– حداکثر دهانه باربر تقلی در سقف 5 متر، حداکثر طول آزاد دیوار 6 متر و حداکثر
ارتفاع خالص پانل های تری دی 3.2 متر است.

ساختمان های بتنی پیش ساخته:
در ساختمان های بتنی پیش ساخته، تمامی اجزای سازه ای و برخی از اجزای غیر سازه ای
ساختمان از قطعات بتن پیش ساخته تولید شده در کارخانه تشکیل می شوند. قطعات بتنی
پیش ساخته شامل تیر، ستون، سقف، دیوار، پله و نما می باشند محدودیت ابعاد و وزن
این قطعات به ظرفیت تجهیزات موجود برای تولید، حمل و نصب قطعات پیش ساخته وابسته
است سازه های بتنی پیش ساخته از سیستم های سازه ای مختلفی مانند قاب خمشی، دیوار
باربر و سیستم های دوگانه (ترکیبی) تشکیل می شود و سیستم مقاوم آن ها در برابر بار
های جانبی عبارتند از: دیوار پرشی، قاب خمشی، ستون های T شکل یکسر
گیردار و قاب های مهار بند شده. اتصالات در قطعات بتنی پیش ساخته از اهمیت بسیاری
برخوردار است به طور کلی دو نوع اتصال خشک و تیر برای این قطعات وجود دارد. در
اتصالات خشک عمدتن از مصالح فولادی با جوش یا پیچ و مهره استفاده می شود در حالیکه
در اتصالات تر، گروت یا ملات بکار میرود. سازه پی ساختمان بتنی پیش ساخته می تواند
به صورت پیش ساخته یا درجا با اتصال تر و خشک اجرا شود.
سازه ها و ساختمان های بر روش تیلت ـ آپ
تیلت آپ بعنوان یک روش اجرا برای دیوار های باربر و غیر باربر شناخته می شود.در
این روش، دیوار ها در مجاورت محل نصب به صورت خوابیده ساخته شده و پس از بدست
آوردن مقاومت کافی توسط جرثقیل برپا و در جای خود نصب می شوند. از اینرو نقاط قوت
این روش، بهره گیری از مزایای پیش ساخته سازی کاهش قابل ملاحظه هزینه قالب بندی و
حذف مرحله انتقال قطعات از محل ساخت به محل اجرا است. کارایی این روش برای پلان
های منظم موجب شده که اغلب در ساختمان هایی با کاربری اداری، تجاری و انبار
استفاده شود. دیوار های ساخته شده با این روش عمدتن بتن آرمه هستند.
ـ حداکثر ارتفاع قابل ساخت با روش تیلت ـ آپ 13 متر از تراز پایه است و استفاده از
روش تیلت ـ آپ برای دیوار های باربر ساختمان های متعلق به گروه خطر پذیری 1،2،3 در
مناطق لرزه خیز با خطر نسبی خیلی زیاد ممنوع است.
ـ استفاده از اتصالات جوشی، پیچ و مهره، گلدانی و غلاف ملات/گروت دیوار های باربر
به سازه پی مجاز است.

منابع: ویکی پدیا سازه. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان(طرح و اجرای ساختمانهای بتن آرمه). مبحث یازدهم مقررات ملی ساختمان(طرح و اجرای صنعتی ساختمانها)