انواع سیستم های سازه ای

 به گزارش اخبار ساخته ها؛ سیستم‌های سازه‌ای و شناخت انواع سیستم های سازه ای بسیار حائز اهمیت می باشد . ممکن است که سیستم‌های سازه‌ای در هر شرایطی تغییر کنند و طراح باید با هنری که دارد شرایط را به گونه‌ای فراهم نماید که سازه در برابر بارهای جانبی و ثقلی مقاوم و هزینه پروژه به صرفه تمام شود.

دلیل اهمیت انواع سیستم های سازه ای

میزان تقاضا برای ایجاد ساختمان‌ های بلند نسبت به گذشته افزایش یافته است زیرا در شهرها جمعیت با سرعت زیادی رشد نموده، زمین با محدودیت روبرو شده و همچنین از ساختمان‌های بلند برای تبلیغات استفاده می‌شود. مهندسان برای اینکه به این تقاضا پاسخ دهند همیشه به دنبال پیدا کردن راه‌هایی برای پیشرفت سیستم‌های سازه‌ای و کشف سیستم‌های جدید برای ساختمان‌های بلند بودند.

با مدنظر قرار دادن اینکه کارایی و ارتفاع زیاد ساختمان‌هایی که بلند هستند با مصالح موجود و فناوری‌های ساخت به طور مستقیم ارتباط دارد، بنابراین پس از سال‌ها معرفی سیستم‌های سازه‌ای برای ایجاد ساختمان‌های بلند با پیشرفت زیادی همراه شده است. میزان پایداری در ساختمان‌های بلند بسیار اهمیت دارد.

به همین جهت انتخاب انواع سیستم های سازه ای برای کنترل و پایداری سازه اهمیت زیادی دارد همچنین در نظر گرفتن شرایط پروژه مانند میزان ارتفاع سازه، بارهای جانبی حاکم بر سازه، فناوری، مصالح موجود، شکل کلی نمای ساختمان، نوع کاربرد ساختمان و معماری درونی ساختمان نیز در انتخاب انواع سیستم های سازه ای نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند. یکی از بخش‌هایی که در طراحی ساختمان‌های بلند اهمیت فراوانی دارد مشخص کردن نوع سیستم سازه‌ای است.

انواع سیستم های سازه ای در ساختمان‌های کوتاه

سیستم سازه ای که فاقد قاب های ساختمانی است (یعنی  دارای تیر و ستون نمی باشد). در این سیستم، دیوارهای باربر و یا قاب های مهاربندی شده (منظور قاب های سرد نورد شده یا LSF که بجای تیر و ستون، رانر و استاد دارد) عمدتا بارهای قایم را تحمل نموده و مقاومت در باربر بارهای جانبی نیز به وسیله ی دیوارهای باربر که به صورت دیوارهای برشی عمل می کنند و یا به وسیله قاب های مهاربندی شده تامین میشود . پس این سیستم، هم  باربرثقلی دارد، هم باربر جانبی ؛مهندس از سازه چه میخواهد؟

سیستم های دیوار باربر عبارتند از:

دیوارهای متشکل از قاب های فولادی سرد نورد مانند LSF که با تسمه های فولادی یا صفحات پوشش فولادی مهار شده است.

دیوارهای برشی بنایی مسلح

دیوار برشی بتن آرمه

قاب ساده مهاربندی شده:

یکی از متداول ترین و قدیمی‌ترین سیستم‌های باربر سازه‌ای که در سوله‌ها و ساختمان‌ها بسیار زیاد به چشم می‌خورد سیستم مهاربندی ساختمان است. مهاربندها عضوهای باربری قطری شکل می باشند که قادرند میزان بار جانبی که به صورت کشش و فشار بوده را تحمل کنند. در میان انواع سیستم های سازه ای، سیستم قاب ساده ساختمانی مهاربندی شده یکی از سیستم‌های سازه‌ای می‌باشد که از گذشته تا به امروز مورد توجه بسیاری از مهندسین قرار گرفته است.

در این روش بارهای ثقلی وارد قاب مفصلی می‌شود و به دلیل اینکه قاب سازه به شکل مفصلی تعیین شده و تحلیل آن استاتیکی می‌باشد و بارهای جانبی وارد مهاربندی‌های آن شده و مهاربندها قابلیت تحلیل به روش‌های تقریبی یا دقیق را دارند به همین جهت، در گذشته به دلیل اینکه در سازه‌ها حسابگرهای ماشینی وجود نداشت این سیستم بیشتر مورد استفاده قرار می‌گرفت. برای مثال: برای ساخت برج ایفل و برج امپایر استاتیت از این سیستم باربر سازه‌ای به کار برده شده است.

قاب سازه ساده مهاربندی شده

قاب خمشی ساختمانی:

یکی از سیستم‌ های رایج در سازه‌ های فولادی و بتنی می باشد که در آن‌ ها برای رفع مشکل قاب‌ های ساده ساختمانی برای تحمل بارهای جانبی، بجای اتصال مفصلی از اتصال صلب تیر به ستون استفاده می‌شود. در واقع سختی خمشی تیر در جذب بارهای جانبی مشارکت دارد. سازه‌ های با قاب خمشی کامل و سازه‌ های با قاب خمشی در پیرامون و یا در قسمتی از پلان و قاب‌های با اتصالات ساده در سایر قسمت‌ های پلان نیز در این گروه جای دارند.

در یک سیستم باربر جانبی قاب خمشی به دلیل استفاده نکردن از مهاربند یا دیوار برشی در قاب ‌ها، فضای بین چشمه‌ های قاب ‌ها محدود نشده و امکان مناسبی برای ارائه طرح‌های معماری متنوع در اختیار طراح قرار می‌دهد. این نوع سیستم سازه ‌ای با توجه به داشتن جزئیات اجرایی بیشتر، نسبت به سایر سیستم‌های اجرایی دارای هزینه ساخت بالاتری می باشد.

ویژگی اصلی سیستم قاب خمشی اتصال صلب تیر به ستون است که در نتیجه عملکرد این اتصالات، نیرو های جانبی ناشی از زلزله به‌ صورت رفتار خمشی-برشی در ستون‌ ها  و تیرها تحمل می‌شوند. در این سیستم می‌ بایست اثرات p-delta در نظر گرفته شوند. در این سیستم ضریب رفتار بالا می باشد و محدودیت حداکثر ارتفاع نیز کمتر است.

قاب خمشی ساختمانی

سیستم قاب خمشی مهاربندی شده به صورت ترکیبی:

گاها نیروهای جانبی به قدری زیاد بوده که المانهای تیر و ستون قاب خمشی به تنهایی قادر به تحمل آن نمی باشد لذااز مهاربندهای مختلف برای کمک به آنها استفاده می شود که نوع این مهاربندها ممکن است فلزی بوده و یا از دیوارهای برشی بدین منظور استفاده شود به هر حال باید 30 درصد بارهای جانبی را خود قاب خمشی تحمل کند (دیوارهای برشی خود انواع مختلفی دارند مثلا: دیوار برشی با المان مرزی – بدون المان مرزی – با باز شو – بدون باز شو– دیوار برشی کوپل و….) سیستم های فوق معروفترین و متداولترین سیستم سازه ای هستند. اکنون به معرفی سیستم های جدید تر می پردازیم.

انواع سیستم های سازه ای در ساختمان‌های بلند

عناصر سازه‌ای اساسی ساختمان عبارتند از: عناصر خطی (ستون و تیر)، عناصر سطحی (دیوار و دال) و عناصر فضایی (پوش نما یا هسته مركزی). تركیبی از این عناصر اساسی سازه استخوان‌بندی ساختمان را به وجود می آورد. راه‌حل‌های ممكن بي‌نهایت زیادی را مي‌توان در پیش چشم تجسم نمود كه متداول‌ترین آنها عبارتند از:

سیستم‌های موازی باربر دیوارهای باربر:

این سیستم از عناصر صفحه‌ای به شکل قائم ساخته شده است و بیشتر برای ساختمان‌هایی به کار می‌رود که آپارتمانی می باشند به طوری که نیازی به فضاهای آزاد بزرگ ندارند و سیستم‌های مکانیکی سازه هسته ای را ضروری نمی‌داند. در سراسر جهان معمولاً از انواع سیستم های سازه ای این نوع سیستم باربر سازه‌ای را برای ساختمان‌های اداری به کار می‌برند.

سیستم هسته ای

در این روش بارهای ثقلی توسط یکی از روش های فوق مثلا قاب مفصلی طراحی شده و بارهای جانبی بر هسته ی سازه وارد می شود هسته به دو فرم هسته ی باز و بسته می تواند اجرا شود در حقیقت هسته همان دیوارهای برشی در پروفیل های مختلف در مقیاس بزرگ است.

مثلا به شکل Uکه همان هسته ی باز است. لازم به ذ کر است که در طراحی هسته بایستی اثر پیچش دقیقا مورد بررسی قرار گیرد اما به دلیل مشکل بودن محاسبات پیچش در گذشته این بررسی صورت نمی گرفت ولی امروزه به دلیل وجود ماشین های حسابگر دقیق اثر پیچش نیز دقیقا مورد محاسبه قرار می گیرد. مجموعه آپارتمان های در دست احداث در منطقه ی شاهگلی تبریز با این روش ساخته می شود این سیستم برای ساختمان های بین 20 الی35 طبقه مناسب می باشد.

هسته سیستم‌های باربر و نما دیوارهای باربر:

هسته مرکزی دیوارهایی می باشند که به صورت برشی بوده و فضای خالی حصاری شکل بین این دیوارها برای تأسیسات و آسانسور مورد استفاده قرار می‌گیرد. دیوارهای خارجی از عنصرهای صفحه‌ای قائمی شکل و دور سازه هسته ساخته می‌شوند. این روش فضاهای داخلی باز را ایجاد می‌کند که وسعت آن به این بستگی دارد که سازه کف در پوشاندن دهانه‌ها تا چه اندازه ظرفیت دارد.

سیستم‌های باربر صندوق‌های متکی:

صندوق‌ها واحدهای سه بعدی هستند که از قبل ساخته شده‌اند. هنگامی که این صندوق‌ها در محل قرار می‌گیرند و به هم وصل می‌شوند مانند سازه با دیوار باربر خواهند بود.

سیستم قاب محیطی:

عالی ترین و پیشرفته ترین فرم ساختمان سازی می باشد که برای ساختمان های بالای 150 طبقه می تواند مورد استفاده قرار گیرد.در این سیستم بارهای جانبی به قاب محیطی وارد می شود و نیز قاب محیطی خود نمای جالبی به ساختمان می دهد. برجهای دوقلوی سازمان تجارت جهانی در نیویورک که مورد حمله ی تروریستی قرار گرفت تحت این سیستم ساخته شده بودند.

یکی از نکات مهمی که باید در طراحی این سیستم مورد توجه قرار گیرد بررسی اثر shear lag در قاب محیطی است اگرچه برخی از مهندسین براین باورند که اثر shear lag  در آن وجود ندارد اما برخی دیگر در وجود این اثر اصرار دارند اما باید گفت که هرگز نمی توان مقدار واقعی این اثر را محاسبه نمود لذا برای حل این مشکل سیستم زیر پیشنهاد می شود.قاب محیطی مهاربندی شده: در این حالت کل قاب محیطی توسط مهاربند های کلی و بزرگ مهاربندی می شود و تنها وجود مهاربندها برای حذف اثر احتمالی lag shear است و باز نیروهای جانبی را خود قاب محیطی تحمل میکند.

سیستم باربر لوله‌های دسته شده:

سیستم لوله‌های دسته شده مجموعه ای از لوله‌های انفرادی هستند که یک لوله چند واحدی را تشکیل می‌دهند و به همین جهت بر میزان سختی سازه افزوده می‌شود. این سیستم بیشترین ارتفاع و سطح کنار را ممکن می‌سازد.

سیستم‌های باربر معلقی:

در انواع سیستم های سازه ای، از عناصر معلق به‌جای ستون‌ها برای حمل کردن بارهای که کف هستند استفاده می‌شود. در این سیستم کابل‌ها وزن بارها را از یک هسته مرکزی به سمت خرپاها حمل خواهند کرد.

سیستم‌های باربر فاصله‌ای:

برای اینکه فضای قابل استفاده‌ای در داخل و بالای قاب به وجود آید، سازه‌های قاب طره‌ای با ارتفاع طبقه در این سیستم به صورت یک طبقه در میان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سیستم‌های باربر دال مسطحی:

این سیستم صفحه‌ای افقی بطور كلی شامل دال‌های بتنی كف با ضخامت یكنواخت است كه روی ستون‌ها قرار دارند. در این روش تیرهای با ارتفاع مقطع زیاد وجود ندارد و به حداقل ارتفاع طبقه مي‌توان دست یافت.

سیستم‌های باربر دال:

در انواع سیستم های سازه ای، کف‌ها در سیستم‌های باربر دال طره شده به یک هسته مرکزی تکیه می‌کنند و فضایی را ایجاد می‌کنند که ستونی در آن وجود نداشته باشد و کف‌ها از هسته مرکزی طره شوند.اکنون می خواهیم مزایا و معایب سازه قاب خمشی را شرح دهیم همراه ما باشید.

مزایا و معایب قاب خمشی در انواع سیستم های سازه ای

مزایا:

فشار را در مقایسه با انواع سیستم های سازه ای دیگر بر پای ستون وارد می‌کند.

شکل‌پذیری آن به طور مناسب است و استهلاک انرژی زلزله را ممکن می‌سازد.

نیروهای کشش را تعدیل می‌کند.

در معماری و بازشوها انعطاف پذیر است.

معایب:

اتصالات پیچیده‌ای دارد و ازلحاظ اجرا سنگین است.

برای کاهش نقص سختی تیر و ستون‌ها را افزایش می‌دهد و تغییر مکان جانبی آن زیاد است.

نسبت به قاب ساده وزن فونداسیون را به طور قابل توجه افزایش می‌دهد.

سیستم سازه کنسولی

در این سیستم از طره ها و کنسول هایی مثل بالکن ها و یا خانه آبشار خبری نیست. در این سیستم سازه ای کنسول ها به سبک ستون های طره ای هستند و تیرها به صورت مفصلی باید اجرا شوند و اگر هم سازه به صورت بتنی قرار است اجرا شود به عنوان مثال باید به جای تیرهای بتنی از خرپاهای فولادی استفاده کرد. این سیستم سازه ای محدودیت ارتفاع ۱۰ متری دارد و با توجه به این محدودیت، بهترین نوع استفاده از آن ها برای فضاهایی شبیه به انبارها و فضاهای مشابه نظیر مرغ داری ها است. نکته ی مهم این که نیروهای جانبی در این سیستم توسط ستون ها تحمل می شوند و خرپاها یا تیرهای مفصلی اصلا نباید نیروی جانبی را در این نوع سازه ها تحمل کنند. به دلیل این که در این سازه ها کل نیروها توسط ستون ها تحمل می شوند، ابعاد ستون ها از حالت معمولی خیلی بیشتر (حداقل ۲ برابر) است.

میراگر

میراگرها یکی از انواع سیستم های سازه ای هستند که برای مقابله با نیروهای جانبی طراحی شده اند. استفاده از تکنولوژی میراگر در سازه ها با این که عمر خیلی زیادی ندارد (کمتر از ۵۰ سال) ولی در مدتی کوتاه پیشرفت چشم گیری داشتند و خود را به همه جای دنیا رساندند. میراگرها همانطور که از اسمشان پیداست باعث میرا شدن و از بین رفتن نیروهای زلزله می شوند.

در واقع اساس کار آن ها بدین صورت است که وقتی نیروی جانبی باد یا زلزله به یک سازه وارد می شود این دستگاه ها با استفاده از مکانیزم های مختلفی که دارند در برابر نیروهای جانبی مقاومت کرده و باعث کاهش این نیروها می شوند و تا حد امکان از قدرت و نیروی آن ها کم می کنند.

 میراگرها بسته به میزان درصد میرایی که دارند می توانند باعث کاهش چشم گیر جا به جایی های جانبی سازه شوند و در یک برج بلند مرتبه، میزان جا به جایی طبقات را به یک دهم مقدار اولیه هم برسانند. البته باید توجه داشته باشید که همه مصالح و همه اجسام به صورت ذاتی میرایی دارند ولی میراگرها با استفاده از روش ها و مصالح خاص، قابلیت کنترل و افزایش میرایی را به طراحان سازه می دهند.

از میراگرها در ساختمان هایی با طبقات زیاد مثل برج ها، بیمارستان ها، مدارس و سازه های حساس بیشتر استفاده می شود. همچنین در سازه هایی که در حال بهسازی هستند از میراگرها به وفور استفاده می شود. برج تایپه و برج شانگهای از نمونه های برج های طراحی شده با میراگر هستند. همچنین از پروژه های مشهوری که در ایران و تهران با میراگرها طراحی شده اند می توان به موارد زیر اشاره کرد:

    ساختمان مرکزی بانک پاسارگاد

    بیمارستان ۸۰۰ تخت خوابی مهدی کلینیک (بزرگترین ساختمان مجهز به میراگر اصطکاکی در ایران)

    ساختمان مرکزی بانک گردشگری

    برج ۱۹ طبقه اداری تجاری سئول

    ساختمان تجاری گلدن پالاس ولنجک

    ساختمان اداری میرداماد

وجود الزامی شرکت مقاوم سازی در ایران

مقاوم سازی ساختمان‌ها و سازه‌ها یک کار تخصصی است که نیاز به تخصص پیمانکاران و مهندسین ناظر دارد. لازم است بدانید که ساختمان‌های بتنی و سیمانی در حین ساخت نیاز به رعایت ملزوماتی دارند تا شرایطی را فراهم کنند برای مقاوم کردن هرچه بیشتر و بهتر ساختمان‌ها و بناهای بزرگ و کوچک. شرکت مقاوم سازی توسط مهندسین و سازمان‌های مختلف در سرتاسر کشورمان پدید آمده است تا تعمیرات سازه‌ها را با مدرن‌ترین و بهترین امکانات به سرانجام برسانند.

اکثر کشورها از جمله ایران به دلیل وجود گسل های بسیار در خط ‌های مرزی امکان وجود زمین لرزه تا حد بسیار زیادی وجود دارد به همین دلیل برای جلوگیری از خرابی ساختمان‌ها و از بین رفتن آن ها در برابر زمین لرزه نیاز مبرم است تا عملیات مقاوم سازی به شیوه‌های مختلف انجام گردد. در ادامه می‌توانید مطالب بسیاری را در خصوص شرکت مقاوم سازی و مشاوره در رابطه با این امور را مطالعه نمایید.

مقاوم سازی سازه‌های قدیمی با مشاورین برتر شرکت‌ها

در گذشته به دلیل کمبود اطلاعات و نبود امکانات؛ مقاومت ساختمان‌ها در سطح بسیار پایینی وجود داشت اما رفته رفته امروزه به دلیل افزایش سطح علمی و پدید آمدن شرکت مشاور مقاوم سازی دیگر هیچ ساختمانی بدون عملیات مقاوم سازی ساخته نمی شود. همچنین سازه‌های قدیمی را می‌توان توسط مشاورین به طور مجدد توسط امکانات به روز مقاوم نمود.

تعداد شرکت مشاور مقاوم‌سازی در همه شهرها به حد مطلوب خود رسیده است و مشاورین با بررسی‌های به عمل آمده به راحتی شرایطی را مهیا می کنند تا با توجه به استانداردها و رعایت قوانین ،مقاوم سازی را به روش‌های مختلف به انجام برسانید.

انتهای پیام/

منبع خبر: آرین تیس