طراحی سازه

 یک بررسی هوشمند برای بدست آوردن مشخصات اقتصادی یک سازه یا یک عنصر سازه ای برای حمل ایمن بار پیش بینی شده است. با استفاده از طراحی سازه می توانیم اندازه، عیار، آرماتور و غیره لازم از اعضای سازه را برای مقاومت در برابر نیروهای داخلی محاسبه شده از تحلیل سازه بدست آوریم.

طراحی سازه بخشی از مهندسی سازه است که زیرمجموعه مهندسی عمران است. مهندسان سازه برای طراحی دقیق عناصر سازه و نظارت در حین ساخت و ساز برای اطمینان از اجرای صحیح طرح سازه آموزش دیده اند.

اهداف طراحی سازه

  • سازه ای تولید کنید که در طول عمر خود قادر به مقاومت در برابر تمام بارهای وارده بدون شکست باشد
  • ابعاد اقتصادی اعضای سازه را بدست آورید
  • بررسی استحکام، پایداری و صلبیت سازه ها
  • اطمینان از ایمنی سازه

کل فرآیند برنامه ریزی و طراحی ساختاری نه تنها به تخیل و تفکر مفهومی نیاز دارد، بلکه نیاز به دانش صحیح از جنبه های عملی، مانند کدهای طراحی اخیر و آئین نامه ها دارد، که با تجربه، نهاد و قضاوت فراوان پشتوانه می شود. تاکید می شود که هر سازه ای که قرار است ساخته شود باید بازده مورد نظر را برآورده کند و تا طول عمر مورد نظر خود دوام داشته باشد. بنابراین، طراحی هر سازه ای به دو نوع اصلی زیر طبقه بندی می شود:

  1. طراحی کاربردی
  2. طراحی سازه

فهرست:

  • طراحی عملکردی سازه ها
  • طراحی سازه
  • مراحل طراحی سازه
    • 1. برنامه ریزی ساختاری
    • 1. 2 موقعیت یابی تیرها
    • 1.3 پوشاندن اسلب
  • طراحی سازه پی
  • مفروضات در طراحی مقاوم در برابر زلزله

طراحی عملکردی سازه ها

سازه ای که قرار است ساخته شود در درجه اول باید در خدمت هدف اصلی باشد که برای آن استفاده می شود و باید ظاهری دلپذیر داشته باشد. ساختمان باید محیطی شاد را در داخل و خارج فراهم کند. بنابراین در برنامه ریزی عملکردی ساختمان باید چیدمان مناسب اتاق/سالن ها برای رفع نیاز کارفرما، تهویه مناسب، روشنایی، آکوستیک، دید بدون مانع در مورد سالن های اجتماعی، سالن های سینما و غیره در نظر گرفته شود.

طراحی سازه

پس از انتخاب فرم سازه، فرآیند طراحی سازه آغاز می شود. طراحی سازه هنر و علم درک رفتار اعضای سازه تحت بار و طراحی آنها با صرفه جویی و ظرافت برای ایجاد یک سازه ایمن، قابل استفاده و بادوام است.

مراحل طراحی سازه

فرآیند طراحی سازه شامل مراحل زیر می باشد.

  1. برنامه ریزی ساختاری
  2. عمل نیروها و محاسبه بارها
  3. روش های تجزیه و تحلیل
  4. طراحی اعضا
  5. جزئیات، ترسیم و تهیه برنامه

1. برنامه ریزی ساختاری

پس از گرفتن نقشه معماری ساختمان ها، برنامه ریزی سازه ای اسکلت ساختمان انجام می شود. این شامل تعیین موارد زیر است.

  • موقعیت و جهت ستون ها
  • موقعیت یابی تیرها
  • پوشاندن دال ها
  • چیدمان پله ها
  • انتخاب نوع پایه مناسب

1.1 مکان یابی و جهت گیری ستون ها در زیر برخی از اصول ساختمانی آورده شده است که به تعیین موقعیت ستون ها کمک می کند.

  1. ستون ها ترجیحاً باید در (یا) نزدیک گوشه های ساختمان و در محل تلاقی تیرها/دیوارها قرار گیرند.
  2. موقعیت ستون ها را طوری انتخاب کنید که لنگر خمشی تیرها کاهش یابد.
  3. از دهانه های بزرگتر تیرها خودداری کنید.
  4. از فاصله بیشتر از مرکز به مرکز بین ستون ها اجتناب کنید.
  5. ستون ها در خط ملک

جهت ستون‌ها 

1. اجتناب از برآمدگی ستون‌ها: از برجستگی ستون‌ها در خارج از دیوار در اتاق باید اجتناب شود زیرا نه تنها ظاهر بدی می‌دهند، بلکه مانع استفاده از فضای کف می‌شوند و در قرار دادن مبلمان همسطح با دیوار مشکل ایجاد می‌کنند. عرض ستون باید کمتر از 200 میلی متر باشد تا از باریک شدن ستون جلوگیری شود. فاصله ستون ها باید به میزان قابل توجهی کاهش یابد تا بار ستون ها در هر طبقه کمتر شود و نیاز به مقاطع بزرگ برای ستون ها ایجاد نشود. 2. ستون را طوری قرار دهید که عمق ستون در صفحه اصلی خمش قرار گیرد یا بر محور اصلی خمش عمود باشد.این برای افزایش ممان اینرسی و در نتیجه ظرفیت مقاومت در برابر گشتاور بیشتر ارائه می شود. همچنین باعث کاهش نسبت Leff/d و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری ستون می شود.

1. 2 موقعیت یابی تیرها

1. معمولاً باید تیرها در زیر دیوارها یا زیر یک بار متمرکز سنگین قرار داده شوند تا از وارد شدن مستقیم این بارها به دال ها جلوگیری شود. 2. از فاصله بیشتر تیرها از معیارهای انحراف و ترک خودداری کنید. (انحراف مستقیماً با مکعب دهانه و برعکس با مکعب عمق یعنی L 3 /D 3 تغییر می کند. در نتیجه، دهانه L افزایش می یابد که منجر به انحراف بیشتر برای دهانه بزرگتر می شود).

1.3 پوشاندن اسلب

این با ترتیبات حمایتی تصمیم گیری می شود. هنگامی که تکیه گاه ها فقط روی لبه های مخالف یا فقط در یک جهت قرار می گیرند، دال به عنوان یک دال تکیه گاه عمل می کند. هنگامی که دال مستطیلی در امتداد چهار لبه خود نگه داشته می شود، زمانی که L y /L x به عنوان دال یک طرفه عمل می کند .< 2. عمل دو طرفه دال نه تنها به نسبت ابعاد بستگی دارد بلکه به نسبت تقویت کننده در جهت ها نیز بستگی دارد. در دال یک طرفه، فولاد اصلی فقط با دهانه کوتاه ارائه می شود و بار به دو تکیه گاه مخالف منتقل می شود. فولاد در طول دهانه بلند فقط به عنوان فولاد توزیع عمل می کند و برای انتقال بار طراحی نشده است، بلکه برای توزیع بار و مقاومت در برابر انقباض و تنش های دما طراحی شده است. دال به گونه ای ساخته می شود که به عنوان یک دال یک طرفه که در سرتاسر دهانه کوتاه قرار می گیرد با ارائه فولاد اصلی در امتداد دهانه کوتاه و تنها فولاد توزیع در طول دهانه بلند عمل می کند. تامین فولاد بیشتر در یک جهت، سفتی دال را در آن جهت افزایش می دهد. بر اساس تئوری الاستیک، توزیع بار متناسب با سختی در دو جهت متعامد است. بار اصلی در طول دهانه کوتاه سفت‌تر منتقل می‌شود و دال به صورت یک طرفه رفتار می‌کند. از آنجایی که دال از لبه کوتاه نیز حمایت می‌شود، بار روی دال از کنار تکیه‌گاه به تکیه‌گاه نزدیک‌تر منتقل می‌شود و باعث ایجاد کشش در بالا در سراسر این لبه نگهدارنده کوتاه می‌شود. از آنجایی که هیچ فولادی در بالای این لبه کوتاه در یک دال یک طرفه که دال و تیر کناری را به هم متصل می کند وجود ندارد، ترک هایی در بالا در امتداد آن لبه ایجاد می شود. ترک ها ممکن است از عمق دال به دلیل انحراف دیفرانسیل بین دال و تیر/دیوار لبه کوتاه نگهدارنده عبور کنند. بنابراین، برای جلوگیری از این ترک خوردگی، باید دقت شود که حداقل فولاد در بالای لبه کوتاه ارائه شود. دال نیز روی لبه کوتاه نگه داشته می شود، تمایل بار روی دال از کنار تکیه گاه برای انتقال به تکیه گاه نزدیکتر وجود دارد که باعث ایجاد کشش در بالا در سراسر این لبه نگهدارنده کوتاه می شود. از آنجایی که هیچ فولادی در بالای این لبه کوتاه در یک دال یک طرفه که دال و تیر کناری را به هم متصل می کند وجود ندارد، ترک هایی در بالا در امتداد آن لبه ایجاد می شود. ترک ها ممکن است از عمق دال به دلیل انحراف دیفرانسیل بین دال و تیر/دیوار لبه کوتاه نگهدارنده عبور کنند. بنابراین، برای جلوگیری از این ترک خوردگی، باید دقت شود که حداقل فولاد در بالای لبه کوتاه ارائه شود. دال نیز بر روی لبه کوتاه نگه داشته می شود، تمایل بار روی دال در کنار تکیه گاه به تکیه گاه نزدیکتر منتقل می شود و باعث ایجاد کشش در بالا در سراسر این لبه نگهدارنده کوتاه می شود. از آنجایی که هیچ فولادی در بالای این لبه کوتاه در یک دال یک طرفه که دال و تیر کناری را به هم متصل می کند وجود ندارد، ترک هایی در بالا در امتداد آن لبه ایجاد می شود. ترک ها ممکن است از عمق دال به دلیل انحراف دیفرانسیل بین دال و تیر/دیوار لبه کوتاه نگهدارنده عبور کنند. بنابراین، برای جلوگیری از این ترک خوردگی، باید دقت شود که حداقل فولاد در بالای لبه کوتاه ارائه شود. هیچ فولادی در بالای این لبه کوتاه وجود ندارد، در یک دال یک طرفه که دال و تیر کناری را به هم متصل می کند، ترک هایی در بالا در امتداد آن لبه ایجاد می شود. ترک ها ممکن است از عمق دال به دلیل انحراف دیفرانسیل بین دال و تیر/دیوار لبه کوتاه نگهدارنده عبور کنند. بنابراین، برای جلوگیری از این ترک خوردگی، باید دقت شود که حداقل فولاد در بالای لبه کوتاه ارائه شود. هیچ فولادی در بالای این لبه کوتاه وجود ندارد، در یک دال یک طرفه که دال و تیر کناری را به هم متصل می کند، ترک هایی در بالا در امتداد آن لبه ایجاد می شود. ترک ها ممکن است از عمق دال به دلیل انحراف دیفرانسیل بین دال و تیر/دیوار لبه کوتاه نگهدارنده عبور کنند. بنابراین، برای جلوگیری از این ترک خوردگی، باید دقت شود که حداقل فولاد در بالای لبه کوتاه ارائه شود.دال دو طرفه در مقایسه با دال یک طرفه عموما مقرون به صرفه است زیرا فولاد در امتداد هر دو دهانه به عنوان فولاد اصلی عمل می کند و بار را به هر چهار تکیه گاه خود منتقل می کند . عمل دو طرفه اساساً برای دهانه های بزرگ (> 3 متر) و برای بارهای زنده (> 3 کیلو نیوتن بر متر مربع ) سودمند است. برای دهانه های کوتاه و بارهای سبک، فولاد مورد نیاز برای دال های دو طرفه در مقایسه با فولاد برای دال های دو طرفه به دلیل الزامات حداقل فولاد، تفاوت قابل ملاحظه ای ندارد.

طراحی سازه پی

نوع پایه بستگی به بار حمل شده توسط ستون و ظرفیت باربری خاک نگهدارنده دارد. خاک زیر پی بیشتر مستعد تغییرات زیاد است. حتی در زیر یک ساختمان کوچک، خاک ممکن است از خاک رس نرم تا مورم سخت متفاوت باشد. ماهیت و خواص خاک ممکن است با فصل و آب و هوا تغییر کند، مانند تورم در هوای مرطوب. افزایش رطوبت منجر به از دست دادن قابل توجه ظرفیت باربری در مورد خاک های خاص می شود که ممکن است منجر به نشست های متفاوت شود. بررسی خصوصیات خاک در مناطق ضروری است. برای سازه های قاب بندی شده، پایه های ستون ایزوله معمولاً ترجیح داده می شوند، به جز در صورت وجود برای اعماق زیاد، پایه های شمع می تواند انتخاب مناسبی باشد. اگر فاصله ستون ها بسیار نزدیک باشد و ظرفیت باربری خاک کم باشد، فونداسیون رافت می تواند یک راه حل جایگزین باشد. برای یک ستون در خط مرزی، یک پایه ترکیبی یا یک پایه قایق ممکن است ارائه شود.

مفروضات در طراحی مقاوم در برابر زلزله

مفروضاتی که در طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله مطرح شده است به شرح زیر است:

  • زمین لرزه باعث ایجاد حرکات تکانشی زمین می شود که از نظر ماهیت پیچیده و نامنظم هستند و در دوره و دامنه تغییر می کنند که هر کدام برای مدت کمی ادامه می یابند. بنابراین رزونانس از نوعی که تحت تحریکات سینوسی حالت پایدار مشاهده می شود، رخ نخواهد داد زیرا برای ایجاد چنین دامنه هایی به زمان نیاز دارد.
  • احتمال وقوع زلزله همزمان با باد یا حداکثر وجود ندارد. سیل یا حداکثر امواج دریا.
  • مقدار مدول الاستیک مواد، هر جا که لازم باشد، ممکن است بر اساس تحلیل استاتیکی در نظر گرفته شود.