مبانی انتخاب سازه
سازه عبارت است از سیستم باربری كه بارها و نیروهای ناشی از وزن و وسایل و تاسیسات و سایر بارهای زنده را جذب نموده و به زمین انتقال دهد. بطور كلی این سازه باید قادر باشد كه بار مرده و سربارهای زنده و هم چنین نشست‌های مجاز پی را در حد الاستیك و بدون ایجاد تغییر شكل‌ها تحمل نماید. بارهایی كه در طراحی باید مورد نظر قرار گیرند شامل بارها یا عوامل زیر هستند.
- عوامل مستقیم مانند بارهای مرده، بارهای زنده، فشار ناشی از خاك یا مایعات، اثر باد و نظایر این دارد.
- عوامل غیر مستقیم مانند اثر زلزله، ارتعاشات، تغییرات دما، نشست تكیه گاه‌ها
- عوامل حین ساخت مانند وزن داربست، قالب بندی و بتن ریزی طبقات
این عوامل در مورد بارهایی مانند زلزله و باد لازم است. سازه مورد نظر زلزله‌های با شدت كم را بدون خسارت تحمل كند و انتظار میرود كه تنش‌های ایجاد شده در چنین زلزله‌هایی مكرر ولی كوچك و در حد ارتجاعی باقی بماند. در زلزله‌های با شدت متوسط، خسارت‌های سازه‌ای كم اهمیت بوده و مقدار خسارت وارده مختصر و قابل تعمیر است ولی سازه، در زلزله‌های بزرگ و ویران كننده را می‌بایست بدون فروریختن ساختمان، لرزش‌ها را تحمل نماید. بعبارت دیگر هیچ گونه خطر جانی نباید برای ساكنین ساختمان بوجود آورد اما در این مرحله ایجاد تغییر شكل‌ها و ترك‌های بزرگ قابل پیش بینی است و سازه در محدوده پلاستیك مواد مقاومت خواهد كرد. معیارهای فوق برای رفتار سازه‌ها فقط آثار ناشی از حركت و ارتعاش زمین را در نظر می‌گیرد و اثرهای منفی ناشی از لغزش و نشست خاك و گسل‌های فعال در مجاورت سازه را كه ممكن است همراه یك زلزله باشد در نظر نمی‌گیرد. بدیهی است كه در یك طرح صحیح و منطقی هدف باید به حداقل رساندن اثرهای ناشی از همه عوامل فوق باشد.
اصولاً سازه در نظر گرفته شده در طرح بایستی همراه با حصول ایمنی كافی در امر ایستادگی در مقابل بارهای عادی و فوق العاده بوده و شرایط اقلیمی و دیدگاه‌های اقتصادی در انتخاب سازه مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است. كه در این راستا باید به موارد زیر توجه شود.
امكان بهره برداری در رابطه با طرح اصلی
- اقتصادی بودن اجرای سازه چه از نظر مصالح مصرفی و امكانات تهیه آنها و چه از نظر كاربرد نیروهای فنی در رابطه با اجرای سازه
- سرعت اجرا بدین معنی كه نوع سازه انتخاب شده با توجه به امكانات محلی چه از نظر نوع مصالح و چه از نظر تخصص‌های اجرایی و همچنین نحوه و سیستم اجرا از حداقل زمان اجرا برخوردار باشد.
- هماهنگی با تاسیسات و عدم اخلال در اجرای تاسیسات حرارتی، برودتی و الكتریكی.
- ایمنی كه یكی از اركان اصلی انتخاب نوع سازه است باید در گزینه نوع آن از حداكثر درجه برخوردار باشد.
- امكان حداكثر استفاده از مصالح موجود در محل و سهل الوصول بودن آنها
- هماهنگی لازم با طرح و هدف اصلی بنا در حد بهینه آن
انواع سازه‌ها
انوع سازه بطور كلی شامل موارد زیر هستند.
- مصالح بنایی: كه شامل دیوارهای باربر اعم از سنگ و آجر و بلوك سیمانی و غیره هستند.
- فلزی: كه شامل اجرای درجا و همچنین بصورت پیش ساخته است.
- بتنی: كه شامل اجرای درجا و پیش ساخته و نیمه پیش ساخته بوده و در هر سه نوع آنها فولاد و بصورت مسلح اجرا شوند.
سیستم سازه از نظر عملكرد
در این رابطه سازه به انواع زیر مشخص میشود.
- دیوار باربر كه می‌تواند بصورت دیوار بتنی و برشی با مصالح بنایی مسلح باشد.
- قاب فضایی ساده كه توسط دیوار برشی بتن آرمه و یا سیستم‌های بادبندی شده و یا اینكه دیوارهای برشی از مصالح بنایی مسلح در مقابل نیروهای افقی مانند باد و زلزله مقاوم میشود.
- قاب فضایی خمشی كه می‌تواند بصورت فولادی و یا بتن آرمه طرح شود.
- سیستم‌های مختلط قاب خشمی و دیوار برشی یا بادبند كه در این سیستم قاب خمشی می‌تواند با دیوار برشی بتن آرمه و یا بادبند همراه باشد.
بارگذاری
سازه‌ای كه بتواند در مقابل بارهای وارده در طول عمر خود به گونه‌ای مطمئن ایستا بوده و تغییر شكل‌های آن نیز تحت بارهای مذكور در حدود مطلوبی باقی بماند یك سازه مطلوب است. نخست باید بارهای وارده به آن را با توجه به ویژگی‌های بهره‌برداری و مشخصات معماری تعیین نمود.
بارگذاری ثقلی
بارهای مرده
عبارتست از وزن اجزای دائمی ساختمان كه اثرات آنها ثابت بوده مانند وزن تیرها، ستون‌ها، كف‌ها، دیوارها، بام‌ها، راه پله، تیغه‌ها و وزن تجهیزات و تأسیسات كه در محاسبات سازه‌ای، وزن واحد حجم مصالح بكار رفته در ساختمان از جداول آیین نامه مقررات ملی ساختمان مبحث ششم استخراج میشود.
بارهای زنده
عبارتند از بارهای غیردائمی كه در حین استفاده و بهره برداری از ساختمان به آن وارد میشوند. این بارها شامل بار ناشی از برف، باد یا زلزله نمی‌شوند. بارهای زنده با توجه به نوع كاربری ساختمان یا هر بخش از آن، و مقداری كه احتمال دارد در طول عمر ساختمان به آن وارد شود، تعیین میشوند.
بار زلزله
همواره احتمال بروز زلزله در قسمت‌های مختلف كشور وجود دارد. لذا طراحی سازه‌ها جهت مقابله در برابر نیروی زلزله از اهمیت خاصی برخودار است. به همین منظور برای بارگذاری زلزله از آئین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله یعنی نشریه شماره ۲۵۳، استفاده خواهد شد. برای محاسبه نیروی زلزله در ساختمان‌ها می‌توان از شرایط مندرج در آئین نامه ۲۸۰۰ استفاده نمود. ساختمان‌های منظم با ارتفاع كمتر از ۵۰ متر، ساختمان‌های نامنظم تا ارتفاع ۱۸ متر، ساختمان‌هایی كه در آنها سختی جانبی قسمت فوقانی به طور قابل ملاحظه‌ای كمتر از سختی جانبی قسمت تحتانی نباشد، می‌توان جهت محاسبه نیروی زلزله از روش‌های استاتیك معادل استفاده نمود. روش‌های تحلیل دینامیكی را می‌توان در مورد تمامی ساختمان‌ها بكار برد، ولی به كار گیری آنها برای سازه‌هایی كه مشمول بند‌های فوق نیست الزامی است. در موارد خاصی سعی میشود كه با تعبیه درز انقطاع بی‌نظمی در پلان ساختمان تا حدودی رفع شود و در نتیجه نیروها و تنش‌های ناشی از انبساط و انقباض طولی ساختمان و نیز نیروی زلزله را تقلیل و متعادل نماید. عرض این درزها باید حداقل برابر ۱/۱۰۰ ارتفاع ساختمان باشد.
جهت تحلیل سازه ساختمان از روش تحلیل استاتیكی معادل استفاده خواهد شد كه در آن نیروی جانبی زلزله به صورت استاتیكی رفت و برگشتی به سازه اعمال میشود. حداقل نیروی برشی پایه به پارامترهایی چون وزن كل ساختمان (شامل بار مرده و وزن تأسیسات و درصدی از بار زنده و برف)، شتاب مبنای طرح، ضریب بازتاب ساختمان (كه با استفاده از طیف بازتاب طرح بدست می‌آید)، ضریب اهمیت ساختمان و ضریب رفتار ساختمان وابسته است.
شتاب مبنای طرح
نسبت شتاب مبنای طرح در مناطق مختلف كشور، بر اساس میزان خطر لرزه خیزی آنها تعیین میشود كه سازه مورد نظر با توجه به قرارگیری در پهنه با خطر نسبی متوسط برابر با ۰/۲۵ گرم است.
ضریب بازتاب ساختمان
كه بیانگر نحوه پاسخ ساختمان به حركت زمین بوده و وابسته به نوع زمین و میزان خطر لرزه خیزی منطقه است. نوع زمین باید بوسیله انجام آزمایش ژئوتكنیك تعیین شود.
ضریب اهمیت ساختمان
این ضریب با توجه به طبقه بندی ساختمان از نظر اهمیت با توجه به موارد مندرج در آئین نامه ۲۸۰۰ تعیین میشود. ضریب اهمیت سازه ساختمان مورد بحث با توجه به تقسیم بندی آئین نامه (۲۸۰۰)، معادل ۱ در نظر گرفته میشود.
ضریب رفتار
ضریب رفتار ساختمان در بر گیرنده آثار عواملی از قبیل شكل پذیری، درجه نامعینی و اضافه مقاومت موجود درسازه است. این ضریب با توجه به نوع سیستم باربر سازه طبق جدول زیر تعیین میشود. مقادیر این جدول برای سازه‌هایی كه با روش‌های تنش‌های مجاز طراحی میشوند، تنظیم شده است. برای سازه‌هایی كه با روش‌های حدی یا مقاومت طراحی میشوند، مقادیر نیروهای حاصل از این جدول باید مطابق الزامات آن روش افزایش داده شوند.
| سیستم سازه | سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی | R | Hm (متر) |
|---|---|---|---|
| سیستم دیوارهای باربر | دیوارهای برشی بتن مسلح ویژه | ۷ | ۵۰ |
| دیوارهای برشی بتن مسلح متوسط | ۶ | ۵۰ | |
| دیوارهای برشی بتن مسلح معمولی | ۵ | ۳۰ | |
| دیوارهای برشی بتن مسلح بنایی مسلح | ۴ | ۱۵ | |
| سیستم قاب ساختمانی | دیوارهای برشی بتن مسلح ویژه | ۸ | ۵۰ |
| دیوارهای برشی بتن مسلح متوسط | ۷ | ۵۰ | |
| دیوارهای برشی بتن مسلح معمولی | ۵ | ۳۰ | |
| دیوارهای برشی با مصالح بنایی مسلح | ۴ | ۱۵ | |
| مهاربندی برون محوری فولادی | ۷ | ۵۰ | |
| مهاربندی هم محور فولادی | ۶ | ۵۰ | |
| سیستم قاب خمشی | قاب خمشی بتن مسلح ویژه | ۱۰ | ۱۵۰ |
| قاب خمشی بتن مسلح متوسط | ۷ | ۵۰ | |
| قاب خمشی بتن مسلح معمولی | ۴ | – | |
| قاب خمشی فولادی ویژه | ۱۰ | ۱۵۰ | |
| قاب خمشی بتن فولادی متوسط | ۷ | ۵۰ | |
| قاب خمشی فولادی معمولی | ۵ | – | |
| سیستم دوگانه یا ترکیبی | قاب خمشی ویژه (فولادی یا بتنی)+دیوارهای برشی بتن مسلح | ۱۱ | ۲۰۰ |
| قاب خمشی بتنی متوسط+دیوارهای برشی بتن مسلح متوسط | ۸ | ۷۰ | |
| قاب خمشی فولادی متوسط+دیوارهای برشی بتن مسلح متوسط | ۸ | ۷۰ | |
| قاب خمشی فولادی ویژه+مهاربندی برون محوری فولادی | ۱۰ | ۱۵۰ | |
| قاب خمشی فولادی متوسط+مهاربندی برون محوری فولادی | ۷ | ۷۰ | |
| قاب خمشی فولادی متوسط+مهاربندی هم محور فولادی | ۷ | ۷۰ |
بار باد
ساختمان‌ها و سازه‌ا و كلیه اجزاء و پوشش‌های آنها باید برای اثر ناشی از باد، بر اساس ضوابط مندرج در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (بارهای وارد بر ساختمان‌ها) طراحی و ساخته شوند. مقدار فشار حاصل از باد باید با توجه به حداكثر ارتفاع و شكل هندسی ساختمان‌ها، شیب سطح بادگیر، سرعت باد با افزایش ارتفاع و درجه حرارت نقصان می‌یابد. برای تعیین اثر ناشی از باد، باید فرض شود كه باد به صورت افقی و در هر یك از امتدادها به ساختمان اثر می‌‌نماید. در طراحی كافی است اثر باد در دو امتداد عمود بر هم، ترجیحاً در امتداد محور‌های اصلی ساختمان، و به طور غیر همزمان بررسی شود. در طراحی اعضای سازه اثر ناشی از بار باد با بار زلزله جمع نمی‌شود. كلیه اعضای سازه باید برای اثر هر یك از این دو كه بیشتر باشد طراحی شوند. نظر به اینكه سازه ساختمان مورد نظر سازه‌ای سبك بوده، بار باد نسبت به بار زلزله از اهمیت بیشتری برخوردار است.
| ارتفاع از سطح زمین | سرعت باد | فشار مبنا بر حسب کیلوگرم بر مترمربع | ||
| بر حسب گره دریایی در ساعت | بر حسب متر در ثانیه | بر حسب کیلومتر در ساعت | ||
| تا ارتفاع ۱۰ متر | ۶۷/۵ | ۱۲۵ | ۳۴/۵ | ۷۵ |
| از ارتفاع ۱۰ تا ۲۰ متر | ۸۰ | ۱۴۸ | ۴۱/۱ | ۱۰۰ |
| از ارتفاع ۲۰ تا ۱۰۰ متر | ۹۰ | ۱۶۷ | ۴۶/۳ | ۱۳۵ |
| از ۱۰۰ متر به بالا هر ۳۰ متر ارتقاع مازاد بر ۱۰۰ متر، فشار مبنا به میزان ۱۲/۵ کیلوگرم بر متر مربع افزوده میشود. | ||||
انتخاب سیستم سازه باربر
انتخاب بهترین و مناسبترین سیستم سازه باربر یكی از اساسی ترین مراحل مطالعات و محاسبات سازه ساختمان است. سازه یك ساختمان باید دارای آنچنان خصوصیات فنی باشد كه جوابگوی تمامی نیازهای پروژه به قرار زیر باشد.
- مقاومت كافی در مقابل نیروهای ثقلی و جانبی ناشی از باد و زلزله
- ایمنی
- محدود بودن تغییر شكل‌ها و حركت جانبی و كارآیی مطلوب تحت تاثیر بارهای عادی
- حفظ معماری و فضاهای مورد نیاز متناسب و هماهنگ با سازه در حد امكان
- حفظ جنبه‌های اقتصادی پروژه
- لحاظ نمودن امكانات اجرایی، سهولت و سرعت كار
همچنین سختی، یكی از فاكتورهای مهم طرح بوده، سختی سازه اساساً به نوع سیستم و هندسه ساختمان بستگی دارد. بعلاوه بازده اقتصادی هر سیستم به مقدار مصالح مصرف شده و كیفیت آن ارتباط تنگاتنگ دارد. بنابراین بهینه كردن سیستم سازه برای شرایط هندسی و فضایی یعنی با حداقل وزن و تامین سختی متناسب با ساختمان در كنار ایمنی سازه جزء اصول و اساس طراحی سازه است و در واقع هنر اصلی طراحی تامین همه جانبه نیازهای فوق الذكر است زیرا از طرفی سخت كردن بیش از حد سازه باعث بالا رفتن ضریب زلزله و در نتیجه افزایش نیروهای جانبی و از طرف دیگر نرم كردن بیش از حد سازه باعث افزایش ناپایداری دینامیكی ساختمان میشود.
سیستم متشكل از قاب مفصلی و خرپا
خرپاها از جمله ساده‌ترین اعضای باربر سازه‌ها هستند كه در كل به عنوان اعضاء خمشی عمل نموده و در سقف ها ، پل ها ، وسازه های هوا فضا مورد استفاده قرار می گیرند. در این گونه سازه ها به علت عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در تك تكاعضاء، سطح مقطع هر یك از اعضاء كاهش یافته و در مجموع وزن كل سازه كاهش می یابد. نكته دیگر اینكه خرپاها جهت باربری، بارهای خمشی و برشی را به نیروهای محوری تبدیل می‌نمایند و بدین منظور، افزایش ارتفاع سازه جهت تامین بازوی مقاوم در برابر نیروهای خمشی و برشی الزامی است.
امروزه خرپاها به صورت گسترده‌ای در انواع سازه‌ها كاربرد دارند. از دلایل استفاده گسترده خرپاها در امر ساخت و ساز می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.
- ایجاد استحكام متناسب با نیاز طراحی
- امكان پرهیز از عیوب ذاتی سازه‌های تیر ورقی در خرپاها
- امكان طراحی و اجرای سازه‌هایی با ابعاد بزرگ و بسیار قابل توجه
- فونداسیون سبك‌‌تر در قیاس با سازه‌هایی مشابه تیرورق
- سبكی قابل توجه سازه
- ایمنی زیاد در برابر عوامل مخرب محیطی همچون زلزله (به دلیل نسبت استحكام به وزن بالا)
- انعطاف پذیری زیاد
- توانایی اجرای سازه‌هایی با اشكال متنوع
- امكان استفاده از پرفیل‌های متنوع در ساخت خرپا
انواع خرپا
خرپای دوبعدی
در این دسته خرپاها تمامی اعضای خرپا را می‌توان در یك صفحه جای داد. این بدان جهت است كه از لحاظ هندسی اختلاف بعدی در نحوه قرارگیری و جهت گیری اعضاء وجود ندارد. بسیاری از طرح‌های كلاسیك خرپا در این دسته جای می‌گیرند.
خرپای سه بعدی (فضایی)
این دسته از خرپاها برخلاف خرپای دو بعدی شامل شبكه‌ای از اعضاء و اتصالات‌اند كه روی حجمی را در برگرفته و در امتداد هر سه محور مختصات امتداد یافته‌اند.
خرپای چندگانه (ساندویچی)
در این گونه از خرپاها معمولاً لینك‌های وسط به صورت تكی و لینك‌های بالا و پایین به صورت دو گانه یا چند گانه طراحی میشوند.
سیستم‌های سازه فضا كار (خرپای سه بعدی)
سازه‌های فضایی شكل‌های هندسی منظمی هستند كه در كنار یكدیگر تكرار شده و با اتصال مكرر این اجزا شبكه‌ای مستحكم و یكپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد می‌كنند. این اجزا از المان‌های طولی (با مقطع‌های مربعی، دایره‌ای، مثلثی و ..) و اتصال‌هایی كه هر روز بر انواع آنها افزوده میشود تشكیل میشود.
جنس المان‌های طولی متنوع بوده و بسته به نوع مصرف آنها متغیر خواهد بود ولی معمولاً از نوع پلاستیك و پروفیل فولاد و آلومنیوم استفاده میشود.
این سازه‌ها اصولاً رفتار سه بعدی دارند، به طوری كه به هیچ ترتیبی نمی‌توان رفتار كلی آن را با استفاده از یك یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد. سازه‌های فضاكار در اشكال بسیار متنوعی ساخته میشوند كه مهمترین آنها شامل موارد زیر است.
- شبكه‌های مسطح دو یا چند لایه
- چلیك‌ها
- گنبدها
- قوس
شبكه‌های تخت
به تركیب یك سیستم یك یا چند وجهی با لایه‌های واحد شبكه گفته میشود. شبكه مسطح تركیبی ازیك دو وجهی كه با تیرهای واحد متصل شده است. شبكه‌های تخت می‌توانند دارای یك، دو یا سه و حتی چند لایه باشند، ولی بیشتر به صورت دو لایه مورد استفاده قرار می‌گیرند. شبكه‌های دو لایه از دو صفحه موازی كه به وسیله عناصری به هم متصل شدهاند، تشكیل میشوند.
زمانی كه اعضاء در شبكه دو لایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر كمانش كردن از شبكه‌های سه لایه استفاده میشود. شبكه‌های دو و چند لایه برای دهانه‌های ۲۰ متری الی ۱۲۰ متری بطور معمول مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این شبكه‌ها می‌توان فضای زیادی را بدون قرار دادن ستون‌های میانی پوشش داد؛ ولی باید سعی نمود كه ستون‌ها كمتر حذف شوند زیرا با حذف ستون‌ها هزینه سازه بیشتر میشود و سازه طراحی شده غیر اقتصادی میشود و با توجه به اینكه نیمی از هزینه‌های سازه‌های فضاكار را پیوندها تشكیل می‌دهند این نوع سازه‌ها اغلب غیر اقتصادی است. نكته دیگری كه در طراحی شبكه‌های دو لایه و اكثر سازه‌های فضاكار باید در نظر گرفت این است كه برای توزیع بهتر نیرو و كششی شدن آن، ستون‌ها در داخل شبكه قرار گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه، در اطراف كنسول وجود داشته باشد.
چلیك
به شبكه‌ای كه در یك جهت دارای انحنا باشد، چلیك می‌گویند. این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضاً فاقد ستون بوده و روی لبه‌های چلیك كه به تكیه گاه متصل است، قرار می‌گیرند. چلیك‌ها دارای محور هستند. اگر چلیك یك لایه باشد اتصالات به شكل صلب است. چلیك‌ها اغلب به شكل تركیبی استفاده میشوند و تیر كمری نقش تركیب كردن چلیك‌ها به یكدیگر را بازی می‌كنند. نكته‌ای كه در طراحی این نوع سازه‌ها باید در نظر گرفت این است كه انتهای چلیك باید قوی باشد و این تقویت را میشود به وسیله تیر، تیر و ستون و شكل خورشید مانند انجام داد.
گنبدها
اگر شبكه‌ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده میشود. شاید رویه یك گنبد بخشی از یك كره یا یك مخروط یا اتصال چندین رویه باشد. گنبدها سازه‌هایی با صلبیت بالا هستند و برای دهانه‌های بزرگ تا ۲۵۰ متر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ارتفاع گنبد باید بزرگتر از ۱۵ % قطر پایه گنبد باشد.
سیستم قاب‌های صنعتی با مقطع متغیر
از قاب‌های صنعتی به صورت یك یا چند دهانه و عموماً یك طبقه با سقفهای شیبدار برای پوشش دهانه‌های بزرگ در كارخانجات صنعتی، كشاورزی، انبارها، تعمیرگاه‌ها، پاركینگ، آشیانه‌های هواپیما و سالن‌های ورزشی استفاده میشود. در سال‌های نه چندان دور برای پوشش دهانه‌های بزرگ در ساختمان‌های مورد اشاره از سازه‌هایی به صورت خرپا استفاده می‌شد، لیكن امروزه استفاده از قاب‌هایی با مقطع متغیر و اتصالات ممانگیر در ساخت این چنین سازه‌هایی بسیار متداول است.استفاده از اعضاء با مقطع متغیر در قاب‌های صنعتی شیبدار این امكان را فراهم می‌كند كه در محل‌هایی كه دارای لنگرهای خمشی زیادتری هستند، ممان اینرسی بیشتر و در نتیجه اساس مقطع بزرگتری وجود داشته باشد. هر چند برای قاب‌های صنعتی می‌توان از نیمرخ‌های نورد شده موجود در بازار استفاده كرد، لیكن ساخت این قابها به كمك ورق‌های فولادی امكان داشتن اعضایی كه در آنها ابعاد بال در طول عضو ثابت هستند ولی I مقطع متغیر را بهتر فراهم می‌آورد. سطح مقطع قاب‌های صنعتی عموماً به شكل ارتفاع، بسته به اندازه لنگر خمشی عضو متغیر در نظر گرفته میشود.
سقف قاب‌های صنعتی می‌تواند به صورت مستقیم و شیبدار و یا به صورت قوسی اجرا شود. گوشه‌های قاب‌های صنعتی در محل اتصال تیرها به ستون و نیز رأس قابها می‌توانند دارای اتصالاتی بصورت ماهیچه‌های خطی یا ماهیچه‌های منحنی شكل با مقطع متغیر باشند. در این سیستم قاب فولادی معمولاً از اعضایی با مقطع متغیر و دارای اتصالات صلب خمشی تشكیل میشود. این اعضا به صورت توأم تحت تأثیر نیروی محوری، نیروی برشی و لنگر خمشی قرار دارند.
به قاب‌های صنعتی با مقطع متغیر سوله نیز گفته میشود. فاصله قاب‌های صنعتی متناسب با طول ساختمان، میزان بار وارده بر آن با توجه به تغییرات درجه حرارت محیط، وجود درزهای انبساط و نیز لا‌په‌های موجود و طول دهانه آن تعیین میشود. در ساختمان‌های صنعتی كه طول دهانه آن بیش از ۳۰ متر است فاصله قابها را ۱/۵ تا ۱/۶ طول دهانه در نظر می‌گیرند. معمولاً با توجه به طول ۶ متری لاپه‌ها فاصله قابها از یكدیگر در طول ساختمان ۶ متر در نظر گرفته میشود. محاسبه و طراحی قاب‌های انتهایی در یك ساختمان صنعتی معمولاً به گونه‌ای انجام می‌گیرد كه امكان توسعه و گسترش ساختمان در جهت طولی وجود داشته باشد.
ارزیابی فنی
سازه‌های فضا كار
سازه‌های فضایی بعلت پخش نیرو در جهات مختلف از استحكام توام با سبكی استثنایی برخوردار است. بعلت استفاده حداكثر از سیستم‌های پیش ساخته، از سرعت ساخت و نصب بیشتری برخوردار بوده و به علت یكپارچگی، می‌توان تمامی سازه و تاسیسات مربوط را در تراز زمین سوار كرده و سپس سقف را بالا برده و نصب كرد. سازه فضاكار با گسترش فضای باز بدون ستون‌ها مترادف است كه این امر راندمان فضا را بسیار بالا می‌برد (تا ۲۵%) و این گسترش در هر دو بعد براحتی میسر است. در ساختمان با توجه به طرح‌های معماری استفاده از سیستم‌های چلیك و گنبدی میسر نیست. در صورت استفاده از سیستم سازه فضاكار تخت با توجه به وجود دهانه‌های بلند و طرح معماری امكان افزایش ارتفاع سقف وجود دارد. این افزایش ارتفاع در كمترین حالت ۲ متر است. كه این موضوع فارغ از زوایای معماری باعث غیر اقتصادی شدن طرح میشود.
سازه‌های خرپایی
خرپاهای دو بعدی (ساده)
توانایی تحمل تنش‌ها و بارهای صفحه‌ای از مشخصه‌های این دست از خرپاها شمرده میشود. از مزایای این روش می‌توان به سبكی، حجم و ابعاد متناسب به همراه مقاومت مناسب و قابل قبول سازه و هزینه‌های اجرایی پایین اشاره كرد. سختی نسبتاً پایین، ملاحظات كمانشی برخی از اعضاء و عدم قابلیت تحمل نیرو در هر سه جهت مختصاتی از جمله نقاط ضعف نسبی آنها به شمار میرود.
خرپاهای چند گانه
این روش در حقیقت تلفیق كننده مزایای روش سازه فضاكار و خرپای دوبعدی در عین حذف نقاط ضعف آنها است. در این روش اعضای باربر اصلی خرپا به صورت دو گانه و یا چند گانه طراحی میشوند. این امر سبب بالا رفتن سطح تحمل بار، افزایش گشتاور دوم مقطع خرپا، مقاومت كمانشی بسیار افزوده شده و سرانجام سختی قابل ملاحظه سازه خواهد شد.
سیستم قاب‌های صنعتی با مقطع متغیر
تجربه زلزله‌های گذشته نشان می‌دهد كه قاب‌های شیبدار فولادی اغلب رفتار مناسبی را از خود نشان می‌دهند. سبكی و سختی بالای این سازه‌ها از جمله عواملی است كه موجب بهبود رفتار لرزه‌ای این گونه سازه‌ها میشود.
تكنیك‌های ساخت
برای بررسی تكنیك‌های ساخت، نیازمند به شناخت تكنیك‌های اجرایی موجود ساختمان است. بطور كلی نظام‌های اجرایی ساخت در كشور ما به صورت زیر قابل تفكیك هستند.
تكنیك سنتی
منظور از تكنیك سنتی، همان شیوه مرسوم گذشته است كه عمده ساختمان‌های قدیمی شهرها و روستاهای كشورمان با همین روش بنا شدهاند. مراحل ساخت این نوع ساختمان‌ها به ترتیب زیر است.
- اول، پی ریزی با شفته آهك.
- دوم، اجرای جرزها و دیوارهای باربر بر روی پی.
- سوم، اجرای طاق و یا هرگونه سقف نیمه صنعتی برروی دیوارها.
تكنیك‌های جدید
تكنیك‌های جدید شامل شیوه‌هایی كه در دوران معاصر مورد استفاده قرار گرفته و با بهره‌گیری از تكنولوژی مدرن و منطبق با معیارهای فنی – تخصصی برخوردار ساخته شدهاند. از جمله تكنیك‌های جدید می‌توان به نظام‌های نیمه صنعتی اشاره نمود. نظام‌های نیمه صنعتی با تكامل شیوه سنتی پدید آمده و در برگیرنده مجموعه اسكلت‌های چوبی، فلزی و بتنی هستند. در این شیوه‌ها، تكنولوژی مدرن با استفاده از ماشین آلات و تولید كارخانجات صنعتی به كار ساختمان‌سازی سهولت و سرعت می‌بخشد. بالا بردن میزان كارآیی، كاستن هزینه‌ها ( از طریق كنترل كیفیت مطلوب و انطباق با معیارهای فنی) از ویژگی‌های مورد توجه شیوه مذكور است. نظام‌های نیمه صنعتی به نسبت استفاده از قطعات پیش ساخته در جریان طرح و اجرا، درجه بالاتری را از نظر خصوصیت صنعتی دارا هستند. بنابراین، استفاده از هر گونه عناصر كلان ساختمانی (نظیر پانل‌های دیواری و سقفی) كه به صورت آماده در داخل كارگاه و كارخانه تولید شود، بنا را از حالت نیمه صنعتی به حالت صنعتی نزدیك می‌كند.
نظام پوشش سقف
پوشش سقف به وسیله ساندویچ پنل
ساندویچ پنل از یك لایه ورق فوم پلی استایرن EPS كه میان دو ورق فلزی گالوانیزه پیش رنگ محصور شده ، تشكیل شده است. فوم میانی موجب افزایش مقاومت فیزكی پانل و در نتیجه كاهش مصرف سازه‌های فلزی و افزایش مقاومت در برابر حرارت میشود.
ازجمله مزایای آن می‌توان به موارد زیر اشاره كرد.
- سبكی سازه
- سرعت در نصب
- دوام و عمر طولانی
- كاهش وزن ساختمان
- عایق صوتی و حرارتی بسیار بالا
- كاربرد در انواع شرایط محیطی اعم از خشك، كویری، معتدل، شرجی و كوهستانی
- مقاوم در برابر زلزله
این پوشش‌ها در صنعت ساختمان سازی كاربرد گسترده دارند و مزایای زیاد آنها باعث استفاده روزافزون طراحان از این پوشش‌ها در امر ساخت و ساز شده است.
پوشش سقف به وسیله زیپ تچ (ziptech)
زیپ تچ نوع جدیدی از پوشش‌های سقف است كه با توجه به طبیعت انعطاف پذیر مواد مورد استفاده در آن قابل استفاده در انواع سقفهای صاف، شیبدار و انواع اشكال منحنی و قوسدار هستند.
از جمله مزایای سیستم سقف زیپ تچ می‌توان به موارد زیر اشاره كرد.
- مقاوم در برابر خوردگی
- سازگار با محیط زیست
- سبك و انعطاف پذیر
- سریع النصب
- قابل ساخت در محل
- بدون سوراخ های نگهدارنده
- عمر سرویس دهی بالا
- مقاوم در برابر آتش سوزی
- مقاوم در برابر نفوذ آب باران
- عایق صوتی و حراراتی بالا
پوشش سقف به وسیله ورق‌های گالوانیزه
ورق‌های گالوانیزه از انواع متداول پوشش سقف به شمار می‌روند. این نوع از پوشش‌ها عایق صوتی وحرارتی مناسبی نبوده و از مقاومت بالایی برخوردار نیستند.
ارزیابی فنی انواع پوشش‌های سقف
با توجه به شرایط اقلیمی پروژه و كاربری سازه موجود، پوشش سقف باید عایق حرارتی بالایی باشد و در برابر خوردگی مقاوم باشد. ورق‌های گالوانیزه به تنهایی نمی‌توانند به عنوان پوشش سقف مورد استفاده قرار بگیرند و استفاده از آنها تنها به همراه دیگر عایق‌های حرارتی ممكن است.
نظام پوشش دیوار
با توجه به اسكلت سازه ساختمان، كاربری و شرایط اقلیمی پروژه، انواع نظام پوششی دیوار مناسب مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
نظام پوشش ساندویچ پنل
پانل‌های غیرباربر می‌توانند به عنوان اجزاء جداكننده ساختمان (تیغه‌ها) بكار برده شوند. این قطعات كه با بتن پوشیده میشوند باید بار ثقلی خود و همچنین بار جانبی زلزله را بر اساس استاندارد ملی ۲۸۰۰ و دیوارهای خارجی بار ناشی از باد ملحو‌ظ در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان را تحمل نمایند. همچنین این تیغه‌ها هرگاه بعنوان دیوارهای جدا كننده پیرامونی مورد استفاده قرار گیرند باید شرایط ذكر شده در مبحث هفدهم و نوزدهم مقررات ملی ساختمان را رعایت كنند.
مزایای استفاده از دیوار های ساندویچ پنل
- سبكی سازه
- سرعت در نصب
- دوام و عمر طولانی
- كاهش وزن ساختمان
- عایق صوتی و حراراتی بالا
- كاربرد در انواع شرایط محیطی
- مقاوم در برابر زلزله
نظام پوشش بلوك سفالی
در این روش جهت دیوار چینی از بلوك سفالی استفاده میشود.
نظام پوشش دیوارهای سبك پیش ساخته
دیوارهای سبك پیش ساخته یك المان پیش ساخته متشكل از دو لایه بتن مسلح شده یك هسته عایق پلی استایرن با ضخامت‌های متغییر برای تامین ویژگی‌های مورد نیاز، است. شبكه‌های مفتولی تقویت كننده برای اطمینان از استحكام مكانیكی بالای پانل‌ها توسط خرپاهای قطری به طور مناسبی بهم جوش شدهاند.
مزایای استفاده از دیوارهای سبك پیش ساخته در مقایسه با روش‌های سنتی در صورت اجرای مناسب و مطابق با آیین نامه‌های موجود
- ایستادگی و مقاومت در برابر زلزله و عدم ایجاد آوار
- صرفه جویی در انرژی گرمایش و سرمایشی
- صرفه جویی در ابعاد رادیاتورها و بویلرها
- عایق صوتی بسیار خوب
- میزان كم مصرف مصالح گچ كاری به دلیل سطح تمام شده صاف
- كیفیت مناسب و عدم ایجاد ترك در دیوار
- سهولت قابل ملاحظه در لجستیك مصالح
- حذف نعل درگاه در سیستم ساختمان
- كارگاه ساختمانی تمیز و عدم وجود نخاله
منبع : عمران سافت
دانستنیها