دانستنی های طراحی سازه

دانستنی های طراحی سازه

دانستنی های طراحی سازه

 

 

نگاه کلی به نقشه های معماری و بررسی این نقشه ها با دید سازه ای

اولین مرحله در طراحی یک سازه فولادی یا بتنی دید پیدا کردن نسبت به نقشه های معماری است.

قبل از شروع به انجام هر کاری باید یک دور به طور کامل نقشه معماری توسط مهندس سازه مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد. علی الخصوص باید موارد زیر را باید در نقشه های معماری مورد توجه قرار دهیم :

۱- کاربریهای بخشهای مختلف سازه

۲- موقعیت داکتها ، راه پله ، آسانسور ، نورگیر و موارد مشابه دیگر .

۳- ساختمان در طبقات مختلف خود دارای اختلاف تراز میباشد یا خیر

۴- در کدام قسمتهای سقف محدودیت ارتفاع برای اجزای سازه ای وجود دارد. برای این موضوع شاید مجبور باشیم به طور مسقیم با مهندس معمار مشورت نماییم . ( معمولاً در قسمتهایی که دیوار وجود دارد محدودیتی در این مورد نداریم.

۵- ایا در طبقات مختلف سقف نسبت به طبقه مجاور دارای عقب نشینی میباشد یا خیر.

۶- وضعیت در و پنجره ها و دیوارها علی الخصوص در محیط سازه باید بررسی بشود و بر اساس آن بررسی شود که در کدام قسمت از سازه میتوان بادبند قرار داد یا خیر و آیا شکل بادبندها متاثر از موقعیت در و پنجره خواهد بود یا خیر ؟ ( به طور مثال اگر میتوانیم در قسمتی بادبند قرار دهیم آیا شکل بادبند میتواند ضربدری باشد و یا به طور مثال به دلیل موقعیت در و پنجره باید از شکلهای خاص بادبند مثل ۸ یا ۷ یا واگرا استفاده نماییم )

۷- در صورت وجود رمپ پارکینگ موقعیت آن باید به صورت دقیق بررسی شود.

۸- پارکینگها و مسیرهای ورود و خروج ماشینها به پارکینگ باید بررسی شود.

۹- موقعیت ساختمانهای مجاور و همچنین مسیرهای مجاور ( کوچه یا خیابان ) باید بررسی و شناسایی شود.

۱۰- توجه به کنسولها و بالکنها

 

 

بعد از دید پیدا کردن نسبت به نقشه معماری وارد مرحله بعدی یعنی انتخاب کلیات سازه میشویم. در این مرحله باید نسبت به مواردی نظیر انتخاب سیستم سازه ای ، داشتن یا نداشتن درز انقطاع در سازه ، نوع سیستم سقف و …. تصمیم گرفت. در برخی پروژه های دانشجویی موارد فوق در صورت پروژه مشخص است و نیازی نیست که دانشجو در مورد آن تصمیم بگیرد ولی در عالم واقعیت معمولاً به اینگونه نیست. این چند مورد را سعی دارم به طور مختصر توضیح دهم

وجود یا عدم وجود درز انقطاع

در این مورد در آیین نامه های ما به وضوح سخن گفته نشده است. در مبحث نهم بند ۹-۹-۷-۳ اشاره شده است که اگر نسبت طول به عرض از سه بیشتر باشد لازم است که درز انقطاع ایجاد شود. این ضابطه مربوط به سازه های بتنی است که البته تعمیم آن به سازه های فولادی هم منطقی به نظر میرسد. به عنوان یک پیشنهاد بر اساس قضاوت مهندسی توصیه میشود که سعی شود که سازه با درز انقطاع به قسمتهایی با ابعادی کمتر از حدود ۳۰ تا ۳۵ متر تقسیم شود. به هر حال ایجاد درز انقطاع خود باعث دردسرهایی میشود که نمیشود آن به عنوان یک اولویت در نقشه در نظر گرفت. مثلاً باعث میشود که تعداد ستونها افزوده شود و همچنین چون معمولاً درز انقطاع در پی و صفحه ستون ادامه پیدا نمیکند ابهامی در طراحی پی تحت اثر همزمان نیروهای زلزله در بخشهای مختلف سازه به وجود می آورد. اگر لازم است که درز انقطاع ایجاد شود بهتر است که به گونه ای درز ایجاد شود که کل ساختمان به چند سازه نسبتاً منظم تبدیل شود. محل درز انقطاع در سازه هایی که دارای اختلاف سطح در طبقات است بهتر است در همان محل اختلاف سطح باشد. مقدار درز انقطاع هم جز در مورد سازه های با اهمیت زیاد و خیلی زیاد ( مثل مدارس و بیمارستانها ) یک درصد ارتفاع سازه در هر تراز میباشد. درز انقطاع از لبه هر یک از دو سازه در نظر گرفته میشود و نه از آکس ستونهای آنها. ترجیحاً بهتر است که درز انقطاع را به گونه ای در نظر بگیریم که از داخل سرویسهای بهداشتی ( به دلیل نیاز به به عایق کاری و اینکه عبور درز از این نقاط در عایقکاری ایجاد خلل میکند ) عبور ندهیم. همچنین محل درز انقطاع به گونه ای باشد که عناصر غیرسازه ای را قطع ننماید. به طور مثال از وسط یک دیوار عبور ننماید. ( محل درز انقطاع باید با عناصر انعطاق پذیر پر گردد و وجود قسمتهایی که به طور مشترک در دو جز از سازه حضور دارند باعث خلل در این عملکرد میشود). در مورد سازه های با اهمیت زیاد و خیلی زیاد و سازه های ۸ طبقه و بالاتر باید کنترل شود که مقدار درز انقطاع از R برابر تغییر شکل ماکسیمم طبقه تحت زلزله کمتر نباشد. چون مقدار درز انقطاع قبل از طراحی وابسته به مقادیر مجهولی چون ابعاد ستونها میباشد باید این موارد را با قضاوت مهندسی حدس زد و پس از طراحی در صورت نیاز آن را اصلاح نمود. به طور مثال برای ساختمانهای کوتاه ۶-۷ طبقه برای ستونهای غیر متصل به بادبند ابعادی در حدود ۲۰*۲۰ و برای ستونهای متصل به بادبند ابعاد حدودی ۳۰*۳۰ قابل حدس است که بر این اساس درز انقطاع را باید از لبه این ابعاد لحاظ نمود.

 

 

انتخاب نوع سیستم سازه ای

انتخاب نوع سیستم سازه ای هم مرحله مهمی تلقی میشود. معمولاً در پروژه های دانشجویی سیستم سازه ای مشخص است و دانشجو نیازی به انتخاب سیستم سازه ای ندارد ولی در پروژه های واقعی این مرحله وجود دارد. در انتخاب سیستم سازه ای باید به نکات زیر توجه نمود :
۱- برای سازه باید دو جهت اصلی متعامد یا تقریباً متعامد در نظر گرفت و در هر یک دو راستا یک سیستم سازه ای که در جدول ۶-۷-۶ مبحث ششم ذکر شده است را انتخاب نمود.
۲- سیستم سازه ای انتخاب شده برای هر یک از دو جهت میتواند مستقل از هم باشد. به بیان دیگر هر دو سیستم میتواند یکسان و یا متفاوت باشند
۳- در انتخاب سیستم سازه ای باید محدودیت های مبحث ششم را نیز در نظر گرفت. به طور مثال هر سیستم سازه ای برای سازه هایی با حداکثر ارتفاع مشخص قابل استفاده است. این ارتفاع جدول ۶-۷-۶ مبحث ششم در ستونی تحت عنوان Hm ذکر شده است. غیر از آن باید به محدودیتهای ذکر شده در زیر این جدول تحت شماره های ۳ و ۴ به ترتیب جهت سیستمهای سازه ای قاب خمشی فولادی یا بتنی معمولی ( شماره ۳ ) و قاب خمشی فولادی معمولی ( شماره ۴ ) دقت نمود. همچنین باید به محدودیتهای ذکر شده در بند ۶-۷-۳-۱ مبحث ششم هم دقت کرد. مثلاً بر این اساس سازه های بالای ۱۵ طبقه نمیتوانند با قاب مفصلی فولادی طراحی شوند و یا برای ساختمانهای با اهمیت خیلی زیاد ( مثل بیمارستانها ) در مناطق با خطر زلزله خیلی زیاد ( مثل تهران ) فقط میتوان از سیستمهای سازه ای ویژه استفاده کرد. ( درجه اهیمت سازه بر اساس بند ۶-۷-۱-۷ مبحث ششم قابل تعیین است) .
۴- در انتخاب سیستم سازه ای توجه کرد که نمیشود در یک جهت و یک طبقه دو سیستم سازه ای را به کار برد. مگر در مورد سیستمهایی که به عنوان دوگانه یا ترکیبی در جدول ۶-۷-۶ از آنها نام برده شده است. بر این اساس به طور مثال استفاده از سیستم سازه ای با مهاربندهای هم محور و برون محور در یک جهت و یک طبقه مجاز نیست. اما برای دو جهت متعامد منعی وجود ندارد.
۵- استفاده از چند سیستم سازه ای در ارتفاع ساختمان و یک جهت منع آیین نامه ای ندارد و بر اساس ضوابط بند ۶-۷-۲-۵-۸-۳ امکانپذیر است. اما توصیه اکید میشود که از اینگونه ترکیبات سازه ای اجتناب نماییم.
۶- در انتخاب سیستم سازه ای غیر از محدودیتهای آیین نامه ای باید مقدورات اجرایی هم در نظر داشته باشیم. به طور مثال سیستمهای ویژه دارای محدودیتهای خاصی هستند که انتخاب اجرای آنها را بعضاً علی الخصوص برای پروژه های کوچک شخصی ساز غیرممکن مینماید. در سازه های فولادی اگر از سیستم قاب خمشی استفاده میکنیم باید توجه کنیم که اتصالات تیر به ستون در این قابها باید با جوش نفوذی انجام شود که انجام آن نیاز به جوشکاران ماهر دارد. همچنین باید توجه کنیم که در سیستمهای قاب خمشی ابعاد تیرها و ستونها عمدتاً نسبت به سیستم های قاب ساده و مهاربند بزرگتر خواهد شد. بعضاً نیاز به اجرای تیرورق برای تیر و ستون خواهد بود که به علت محدودیتهای آیین نامه ای در ساخت آنها باید جوش سراسری اجرا شود.
۷- غیر از موارد فوق باید به محدودیتهای معماری نیز توجه گردد. اگر از سیستم مهاربندی شده استفاده میکنیم باید دقت کنیم که آیا پلانهای معماری اجازه قرارگیری بادبندهای مناسب به تعداد کافی را میدهد یا خیر. باید توجه کرد که تعداد کم دهانه های بادبندی ممکن است به ستونها و صفحه ستونهایی با ابعاد غیراجرایی منجر شود و در زیر این ستونها ممکن است نیاز به شمعهای بتنی و یا پی های بزرگ نیازمند باشیم. اگر از سیستم قاب خمشی فولادی استفاده میکنیم باید دقت کنیم که احتمالاً علی الخصوص در طبقات پایین به تیرهای با ارتفاع زیاد نیازمندیم که این مساله ممکن است باعث افزایش ضخامت سقف گردد. در مورد سازه های بتنی معمولاً مشکل انتخاب سیستم سازه ای کمتر است. برای این سازه ها در پروژه هایی که درجه اهمیت آن بالا نیست ( مثل ساختمانهای کوتاه مسکونی ) میشود از قابهای خمشی بتنی متوسط با یا بدون دیوار برشی متوسط استفاده کرد. تصمیم به استفاده یا عدم استفاده از دیوار برشی بستگی به محدودیتهای معماری و تعداد طبقات دارد. در ساختمانهای با ارتفاع بیشتر عدم استفاده از دیوار برشی بعضاً باعث به دست آمدن ستونهایی بزرگ میشود که از لحاظ معماری مشکل ساز میشود. اما در سازه های کوتاه حتی بدون استفاده از دیوار برشی هم میشود به ستونهایی با ابعاد معقول دست یافت.
۸- باید توجه داشت که فرایند انتخاب سیستم سازه ای ممکن است به یک فرآیند سعی و خطا هم تبدیل شود و بعضاً برای یک پروژه ( علی الخصوص در پروژه های بزرگ ) مجبور به امتحان کردن چند سیستم سازه ای تا رسیدن به سیستم مطلوب باشید.
۹- اگر سازه شما با درز انقطاع به چند سازه مجزا تبدیل شده است برای هر سازه به طور جداگانه و مستقل سیستم سازه ای را انتخاب نمایید. هر چند که بهتر است جهت ساده سازی طراحی و اجرا بخشهای مختلف سازه ، از یک یا حداکثر دو سیستم سازه ای طراحی شوند.

 

ستونگذاری و جانمایی مهاربندها و دیوارهای برشی ( در صورت وجود )

ستونگذاری هم یکی از مراحل مهمی است که باید در همان اولین مراحل انجام گردد. معمولاً در نقشه های معماری و توسط مهندس معمار ستونگذاری و حتی جانمایی بادبندها انجام میشود. ولی باید توجه نمایید که این مساله به معنی این نیست که نظر مهندس معمار نظر نهایی و غیرقابل تغییر است. مهندس معمار با دید تخصصی خود به این مساله نگاه میکند و بعضاً علی الخصوص در بادبندگذاری انتخابهایی میکند که با مبحث دهم مقررات ملی در تناقض است. به طور خلاصه در ستونگذاری باید به نکات زیر توجه نمود :
۱- تعداد محورها به حداقل تعداد برسد.( اما این مساله اصل نیست و بعضاً در فاصله ای کوچک مجبور به تعریف چندین محور با فواصل نزدیک هستیم. به این نکته هم توجه کنید که هر چند منعی برای تعریف محورهای مورب نداریم اما بهتر است در پروژه های عادی محور ها را متعامد و در دو جهت اصلی سازه تعریف کنیم و از تعریف محورهای مورب که بعداً در هنگام مدلسازی کامپیوتر علی الخصوص برای افراد مبتدی ایجاد مشکل مینماید خودداری کنیم. هر چند که این کار ممکن است تعداد محورها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. )
۲- فاصله ستونها از یکدیگر مقداری معقول باشد. توجه کنید که فواصل کم باعث افزایش بیمورد ستونها و سنگین شدن سازه و ایجاد مزاحمت ستونها برای کاربریهای معماری و فاصله زیاد آنها از هم باعث بالا رفتن سایز تیرها میشود. توصیه میشود که در حالتی که محدودیت خاصی وجود ندارد فواصل ستونها از یکدیگر بین ۴ تا ۶ متر در نظر گرفته شود.
۳- از ستوگذاری در وسط فضاهای معماری و پارکینگها خودداری شود مگر اینکه برای این موضوع با مهندس معمار مشورت و تاییدیه آن گرفته شود. ستونها بهتر است در داخل دیوارها ترجیحاً در محل تقاطع آنها با هم باشد که بعد از اجرا داخل دیوارها پنهان شوند و از طرف دیگر دیوارها نیز به این ستونها مهار شوند.
۴- توصیه اکید میشود که از جابه جایی ستونها در پلانهای طبقات خودداری شود. هر چند این مساله منع آیین نامه ای ندارد اما به هر جهت تا حد امکان باید از آن اجتناب نماییم. جا به جایی ستون در پلان باعث میشود که مجبور به قرار دادن ستون بر روی پل شویم که بار متمرکز منتقل شده به پل باعث بالا رفتن سایز پل به میزان بسیار قابل توجهی میشود.
۵- ستونها را به گونه ای قرار دهید که حداقل از دو جهت بتوان به آنها تیر متصل کرد و آنها را مهار کرد. به همین جهت از قرار دادن ستونهای کناری در مجاورت نورگیرها و داکتهایی که نمیتوان از داخل آن تیر عبور داد خودداری نمایید.
۶- ستونها را در محدوده طبقات اجرا نمایید و از قرار دادن ستون در حیاط یا محدود کوچه خودداری نمایید.
۷- در ۴ گوشه راه پله ۴ ستون قرار دهید. در صورت وجود آسانسور بعضاً ممکن است حداقل دو ستون دیگر هم به این ۴ ستون اضافه شود. به هر حال ستونهای پیرامون راه پله و آسانسور به گونه ای باید در نظر گرفته شوند که در طبقه خرپشته تا حد امکان در خارج از محدوده خرپشته اجرا نشوند و این ستونها به همراه تیرهای متصل به آنها حالت اکسپوز ( نمایان ) پیدا نکنند.
۸- در صورت وجود عقب نشینی در طبقات بالاتر ترجیحاً باید ستونها در این محدوده را به گونه ای اجرا کنیم که ستونها در این ناحیه در صورت عدم قطع حالت اکسپوز پیدا نکنند و یا اینکه اگر قرار است بخشی از ستونهای کناری حذف شوند و قسمت عقب رفته با اجرای کنسول از ستونها مجاور داخلی اجرا شوند مقدار این کنسول زیاد بزرگ نباشد ( در حد مثلاً یک تا دو متر عددی معقول به نظر میرسد )
۹- اگر قرار است که بخشهایی از سازه به صورت طره اجرا شوند ، ستونها به گونه ای قرار داده شوند که تیر طره به ستون متصل شود و ترجیحاً از لحاظ معماری مشکلی از نظر اجرای دستک نباشد. به هر حال توصیه اکید میشود که از اجرای تیر طره به صورت اتصال تیر طره به پل اصلی که در پل اصلی ایجاد پیچش مینماید خودداری شود.
۱۰- مساله رعایت درز انقطاع به میزان یک درصد ارتفاع مطابق بند ۶-۷-۱-۳-۴ مساله مهمی است که در ستونگذاری در لبه های ساختمان که مجاور ساختمان مجاور است باید حتماٌ به آن توجه نمود. البته معمولاً مهندسان معمار به این مساله در ستونگذاری دقت میکنند ولی در صورت عدم رعایت این مساله توسط مهندس معمار حتماً باید در ستونگذاری اصلاح لازم توسط مهندس سازه انجام شود. مقدار درز انقطاع نسبت به مرز زمین با زمین مجاور نیم درصد ارتفاع در هر تراز است و این مقدار نسبت به لبه ستون سنجیده میشود. چون در ابتدا ابعاد دقیق ستونها نامشخص است ابتدا باید یک بعد تقریبی برای ستون حدس زد و بر اساس آن درز انقطاع را رعایت نمود. برای ساختمانهای کوتاه ابعاد حدود ۲۰*۲۰ برای ستونهای غیرمتصل به بادبند و مقداری بزرگتر برای متصل به بادبند مناسب است. توجه کنید که اگر یک پروژه بخواهد به صورت بتنی اجرا شود به دلیل ابعاد بزرگتر ستونها ( حداقل اجرایی حدود ۴۰ در ۴۰ سانتیمتر ) باید در موقعیت ستونها تجدید نظر کرد و ستونها را به گونه ای در نظر گرفت که از لبه آنها مقدار لازم برای درز انقطاع رعایت شود

 

انتخاب محلهای مناسب جهت قرارگیری بادبندها

این مساله فقط برای حالتی است که حداقل در یکی از دو جهت اصلی از سیستم مهاربندی شده استفاده کرده باشیم. اگر سازه فاقد مهاربند باشد این نکات قابل استفاده نخواهد بود.
در انتخاب محلهای مناسب برای بادبندها میتوان به نکات زیر اشاره کرد :
۱- حتی الامکان به گونه ای بادبندگذاری کنیم که متقارن باشد و بین مرکز سختی و مرکز جرم در طبقات فاصله اندک باشد.
۲- دهانه های بزرگتر نسبت به دهانه های کوچکتر جهت قرار گیری بادبند در ارجحیت هستند. این مساله به خاطر کنترل نیروی محوری منتقل شده به ستونهای متصل به بادبند و همچنین کاهش آپلیفت در صفحه ستون و پی است.
۳- در یک قاب خاص ترجیحاً در دهانه های متوالی بادبندگذاری نمایید.این مساله نسبت به بادبندگذاری در دو دهانه غیرمجاور در یک قاب در ارجحیت است. این مساله باعث کاهش سایز ستون وسط بین دو دهانه میشود. در حالی که اگر دو دهانه غیر مجاور بادبندگذاری شوند ۴ ستون متصل به بادبند خواهیم داشت که هر ۴ ستون به همراه صفحه ستون و پی زیر آنها دارای سایز بالایی خواهند بود.
۴- جهت اقتصادی شدن طرح بهتر است در طبقات بالا از تعداد دهانه های کمتر جهت بادبند گذاری استفاده نموده و در طبقات پایین این تعداد دهانه ها را به تدریج اضافه کرد. حتی بهتر است بدون جابه جایی صفحه بادبند دهانه بادبندی شده را جابه جا کرد و به دهانه مجاور در طبقه پایین منتقل نمود.
۵- تعداد کل دهانه های بادبندی باید با یک فرآیند سعی و خطا به گونه ای به دست آید که از لحاظ اقتصادی سازه بهینه گردد و البته از نظر اجرایی هم قابلیت اجرایی بالاتری داشته باشد. اما به هر حال توصیه میشود که در هر جهت حداقل دو دهانه به صورت متقارن وجود داشته باشد.
۶- باید توجه کرد که به عنوان بادبند هم محور تنها از انواع بادبندهای قطری ، ضربدری ، ۷ و ۸ ( موسوم به شورون ) ، K شکل ( تنها برای سازه های تا دو طبقه ) مجاز به استفاده هستیم. به خاطر ضوابط سختگیرانه مبحث دهم در مورد بادبندهای ۷ و ۸ توصیه اکید میشود که حتی الامکان از این بادبندها استفاده نگردد. استفاده از بادبندهای ضربدری و قطری ( علی الخصوص ضربدری ) دارای ارجحیت میباشند. بادبندهای با شکل خاص مثل بادبند Y شکل ( موسوم به پرده ای ) مورد قبول مبحث دهم نیست. در صورت استفاده از بادبند قطری بهتر است در هر قاب در هر طبقه حداقل دو بادبند قطری استفاده شود و جهت استقرار آنها مخالف یکدیگر انتخاب شود ، به گونه ای که برخی از آنها تحت کشش و همزمان برخی دیگر فشاری باشند. برای بادبندهای با حد شکلپذیری ویژه این مساله حالت اجبار دارد. در این حالت این نحوه استقرار باید به گونه ای باشد که در هر قاب سهم نیروی زلزله ای که به آن قاب میرسد حداقل ۳۰ و حداکثر ۷۰ درصد بین بادبندهای کششی و فشاری تقسیم شود.
۷- در مورد بادبندهای واگرا باید از اشکال مجاز معرفی شده در بخش ۱۰-۳ مبحث دهم استفاده نمود. طول قطعه رابط در این بادبندها در حدود ۲۰ درصد دهانه توصیه میشود.

انتخاب مکان مناسب جهت قرارگیری دیوارهای برشی

این مساله نیز تقریباً مشابه بادبندگذاری است . به طور خلاصه :
۱- قرار گیری دیوار برشی در دهانه های بلند نسبت به دهانه های کوتاه ارجح است.
۲- قرارگیری دیوار برشی در دهانه های متوالی ارجح است.
۳- طرز انتخاب محلهای دیوار برشی بهتر است به گونه ای باشد که سازه منظم باشد و بین مرکز جرم و سختی فاصله نیافتد
۴- بهتر است تعداد دهانه های دیوار برشی از طبقات بالا به پایین به تدریج اضافه شود
۵- بهتر است دیوارهای برشی بین ستونها قرار گیرند هر چند منعی برای این موضوع وجود ندارد.

تیرریزی

بعد از آکس بندی و تعیین محل ستونها و بادبندها یا دیوارهای برشی ( در صورت وجود ) به مرحله تیرریزی میرسیم. البته قبل از انجام این کار بهتر است که ستونها و محورها که قاعدتاً در یک لایه خاص اتوکد ترسیم شده اند را جدا کرده و تبدیل به یک بلوک نماییم. ( با استفاده از دستور block این مساله امکان پذیر است ) . سپس بلوک به دست آمده را تک به تک بر روی پلان طبقات مختلف کپی مینماییم ( البته اگر در طبقات بالاتر ستونی حذف شده باشد باید برای آنها پلان ستونگذاری جداگانه تعریف کرده و جداگانه تبدیل به بلوک نماییم ) . پس از اتمام کار پلانهای به دست آمده را یک بار دیگر نگاه میکنیم و مطمئن میشویم که هیچکدام از ستونها در مکانی نامناسب که باعث اخلال در کاربری معماری میشود نیست.
پس از این مساله برای هر یک از طبقات باید جداگانه تیرریزی نماییم. اگر برخی طبقات با هم تیپ باشند این کار را کافیست که برای یکی از آنها انجام دهیم. در انجام این کار لازم است به نکات زیر توجه نمایید :
۱- ترسیم تیرها بهتر است که در لایه ای جداگانه از اتوکد انجام شود
۲- به هر ستون حداقل دو تیر در دو راستای متعامد یا تقریباً متعامد متصل نمایید.
۳- در محیط طبقه به صورت دور تا دور باید تیر ترسیم کنیم
۴- دور داکتهای مربوط به نورگیر و آسانسور حتماً باید تیرریزی انجام شود. اگر اتصال تیر به ستون در این قسمتهای امکانپذیر نباشد باید این تیرها را به پلها اتصال داد. به هر حال در تمامی لبه های داکتها باید تیر وجود داشته باشد. برای داکتهای کوچک تاسیساتی و مشابه ( با ابعادی کمتر از ۰.۵ متر ) نیازی به تیرریزی نیست.
۵- از داخل فضاهای خالی ( مثل داکتها و نورگیرها) بدون هماهنگی مهندس معمار تیری عبور ندهید.
۶- در قسمتهای طره بهتر است در صورت امکان و عدم مشکل در معماری از دستک استفاده نماییم. در غیر این صورت اگر از قاب ساده ساختمانی استفاده کرده ایم بهتر است که اجرای طره را به صورت تیر خورجینی اجرا نماییم. در قابهای خمشی قسمت طره میتواند با تیر طره با اتصال گیردار به ستون اجرا شود.
۷- حتی الامکان از تیرهای خورجینی استفاده ننمایید ( جز درمورد تیرهای طره که در بالا توضیح داده شد )
۸- به تیرریزی راه پله باید دقت کافی داشت. قبل از تیرریزی این قسمت باید به نقشه های معماری دقت کافی کرد و جهت حرکت در پله و موقعیت پاگرد را مشخص نمود.
۹- بعد از پایان تیرریزی طبقات هر یک از پلانهای تیرریزی را که در لایه ای جداگانه ترسیم کرده اید به صورت بلوک در بیاورید و بر روی هر یک از پلانها کپی نمایید ( بهتر است اساساً ترسیم پلانهای تیرریزی مستقیماً روی پلانهای معماری انجام شود و سپس از کپی گرفته شود ). قبل از رفتن به مرحله بعد حتماً پلانه را با دقت نگاه نمایید و مطمئن شوید که تیرهای ترسیمی با پلان معماری همخوانی دارند و تداخلی با داکتهای نورگیر و تاسیسات و آسانسور ندارند و تمام مشخصات ذکر شده در قسمتهای قبل در ترسیم رعایت شده است.

 

تعیین جهت تیرریزی

بعد از تیرریزی ( تیرهای اصلی ) باید جهت تیرهای فرعی را مشخص نمایید. قبل از این مساله باید نوع سقف مشخص شده باشد. معمولاً در پروژه های دانشجویی نوع سقف در صورت پروژه مشخص شده است. اما در پروژه های عملی این مساله باید توسط خود مهندس طراح تعیین شود. انواع سقفها برای این منظور قابل استفاده است. برای سازه های فولادی سقفهایی نظیر تیرچه کرومیت یا تیرچه بلوک با انواع بلوکهای یونولیتی ، سیمانی و سفالی ، سقف کامپوزیت با ضخامت ثابت دال و سقف کامپوزیت با قالبهای ذوزنقه ای شکل ( با اسم تجاری KSD ) قابل استفاده است. برای سازه های بتنی هم سقف تیرچه با بلوکهای مختلف و دال بیشتر از بقیه کاربرد دارد. سقفهای پیش تنیده ( CCL ) موارد نسبتاً جدیدی است که چند سالی است کاربرد پیدا کرده است.
در این که کدامیک از این سقفها مناسبتر است بحث زیاد است و در این مورد هم بحثهایی در انجمن انجام شده است که میتوانید مراجعه نمایید.
در مورد سقفهای تیرچه ای مثل کامپوزیت و تیرچه بلوک یا کرومیت باید جهت تیرریزی را مشخص نماییم. برای این منظور نمیشود قانون کلی بیان نمود. عوامل مختلفی در این مساله دخیل هستند. اما به عنوان نظر شخصی موارد زیر را پیشنهاد میکنم :
۱- ترجیحاً از تیرریزی شطرنجی استفاده کنید. یعنی هر پانل نسبت به پانل مجاور خود جهت تیرریزی متفاوت باشد. ( بهتر است که بارها بین تیرهای مختلف پخش شود و تمام بار بر روی تیرهایی خاص نباشد)
۲- در سازه هایی که یک جهت آن قاب خمشی و سمت دیگر قاب مفصلی است ( سازه های فولادی ) بهتر است جهت کنترل ارتفاع تیرهای جهت خمشی و جلوگیری از افزایش سایز این تیرها که ممکن است در معماری ساختمان ایجاد مزاحمت کند ، جهت تیرریزی به گونه ای باشد که بارها به تیرهای جهت مفصلی منتقل شود. اگر در این مورد محدودیتی نداشته باشیم شاید بهتر باشد که جهت تیرریزی به گونه ای باشد که بارها به تیرهای گیردار ( سمت خمشی ) منتقل شود.
۳- در صورت استفاده سقف تیرچه بلوک یا تیرچه کرومیت در دهانه های بلندتر از ۷ متر ترجیحاً و بلندتر از ۸ متر احباراً از اجرای تیرچه در جهت بلند خودداری کنید.
به هر حال این موضوع همانطور که اشاره شد بستگی به عوامل مختلفی دارد و لزوماً راه حل واحدی ندارد. ولی بهترین روش اینست که به گونه ای تیرریزی کنیم که سایز اکثر تیرها در محدوده ای متوسط قرار گیرند ( نه خیلی سایز بالا و نه خیلی سایز پایین )

 

تعیین بارهای وارد بر سازه

مرحله بعدی که باید انجام شود. بارگذاری است. بارگذاری سازه در حداقل دو مرحله باید انجام شود. مرحله اولی که اینجا توضیح میدهم شامل تعیین وزن بخشهای مختلف سازه ، تعیین بارهای زنده و برف ، تعیین بارهای زلزله میباشد. بارهای دیگری هم به سازه ممکن است اعمال شود. مثل بار باد یا فشار خاک و مایعات و بار ناشی تغییرات دما و اثرات خودکرنشی. در مورد بار باد در مورد اکثر سازه ها چون بار باد و زلزله به صورت همزمان اعمال نمیشود و معمولاً

نیروهای ناشی از باد کمتر از نیروی زلزله است از اثر آن صرفنظر میشود. معمولاً اثر باد فقط برای سازه های سبک مثل سوله ها دارای اهمیت است. در مورد فشار آب و خاک هم فقط در مورد سازه هایی که دارای دیوار حائل و یا استخر هستند دارای اهمیت است. دیوار حائل وقتی ممکن است در سازه وجود داشته باشد که به طور مثال سازه دارای زیرزمین یا پارکینگ در تراز پایینتر از کف زمین مجاور ( کوچه یا خیابان ) باشد. اثرات ناشی از تغییر دما هم وقتی دارای اهمیت خواهد بود که ابعاد سازه قابل توجه باشد به گونه ای که در اثر طول یا عرض قابل توجه سازه اثر تغییر دما ایجاد تنش های قابل توجه نماید. در سازه های معمول که در طولهای مناسب ( به طور مثال حداکثر ۳۰ تا ۳۵ متر ) با درز انقطاع ( که میتواند درز انبساط نیز باشد ) این تنشها قابل توجه نیست و عملاً نیازی به در نظر گرفتن این اثرات نیست.
با این اوصاف میتوان بارهایی که به سازه اعمال میشود را به شرح زیر تقسیم بندی کرد :
۱- بارهای مرده
۲- بارهای زنده
۳- بارهای ناشی از برف
۴- بارهای ناشی از زلزله
بارهای مرده
عمده ترین بخشهایی از ساختمان که میتوان به عنوان بار مرده دسته بندی کرد به شرح زیر است :
۱- سقفها
۲- دیوارهای پیرامونی
۳- تیغه ها
بخشهای دیگری هم هستند که میتوانند جزو بار مرده محسوب شوند. مثل بار ناشی از تاسیسات ، مخزن اضطراری آب و آسانسور. این بخشها در برخی پروژه ها ممکن است اصلاً وجود نداشته باشند و یا اگر هم باشند نسبت به بخشهای سه گانه اولیه از درصد اهمیت کمتری برخوردار باشند. در این قسمت فقط به همان سه بخش اصلی میپردازیم
ضوابط کلی مربوط به بارهای مرده در فصل ۶-۲ مبحث ششم ذکر شده است. در این مورد نکات مهمی که میشود ذکر کرد به شرح زیر است :
۱- ابتدا باید وزن متر مربع بخشهای مختلفی که ذکر شد را محاسبه نمایید. برای این منظور اول باید دتایلهای مربوطه را داشته باشید. این دتایلها ممکن است در نقشه های معماری موجود باشد. در صورت موجود نبودن دتایلها میتوان از دتایلهای مشابه که در همین سایت هم موجود است استفاده کنید. به طور خاص استفاده از دتایلها و جزییات بارگذاری که در تاپیکهای زیر ارایه شده است میتواند برای شما راهگشا باشد :

اکسل بارگذاری انواع سقف ها و دیوارها

فایل پی دی اف حداقل بارهای وارد بر ساختمان ( سازمان نظام مهندسی استان فارس )
بر اساس دتایلهای به دست آمده و با داشتن ابعاد دقیق هر بخش از دتایل در هر متر مربع و با کمک پیوست ۶-۱ مبحث ششم (جرم مخصوص مواد و جرم واحد حجم مصالح و اجزای ساختمان ) میتوان وزن هر متر مربع از سقفها و دیوارها را به دست آورد. به عنوان یک پیشنهاد برای داشتن دید اولیه اعداد زیر پیشنهاد میشود :
سقف تیرچه بلوک با بلوکهای سفالی یا سیمانی ، سقف تیرچه فلزی با بلوکهای سیمانی یا سفالی ( تیرچه کرومیت ) :
طبقات : ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مربع
بام : ۶۰۰ کیلوگرم بر متر مربع
سقفهای بالا به شرط استفاده از بلوکهای یونولیتی ، سقف کامپوزیت ، سقف کامپوزیت با استفاده از قالبهای ذوزنقه ای شکل ماندگار ( با اسم تجاری KSD ) :
طبقات : ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مربع
بام : ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مربع
دلیل اختلاف حدود ۱۰۰ کیلوگرم وزن سقف در بام با طبقات وجود شیب بندی با پوکه است که بر وزن سقف اضافه میکند.
دیوارهای پیرامونی سمت نما ( با فرض استفاده از دیوار دوجداره با آجر سوراخدار ) : حدود ۳۳۰ کیلوگرم بر متر مربع
دیوارهای دوجداره سمت غیر نما ( با فرض استفاده از دوار دوجداره با آجر سوراخدار ) : حدود ۲۸۰ کیلوگرم بر متر مربع
دیوارهای داخلی ( با فرض استفاده از آجر سوراخدار به ضخامت ۱۵ سانتیمتر ) : حدود ۲۲۰ کیلوگرم بر متر مربع
۲- در مورد تیغه ها اگر وزن متر مربع تیغه کمتر از ۲۸۰ کیلوگرم باشد میشود وزن دیوارها را تبدیل به یک سربار گسترده کرد و به وزن سقف اضافه نمود. این سربار حداقل باید ۱۰۰ کیلوگرم باشد. برای محاسبه مقدار دقیق این سربار باید وزن کل هر دیوار محاسبه شود و بر مساحت بخشی از سقف که دیوار به آن تعلق دارد تقسیم شود. این محاسبه معمولاً انجام نمیشود و یک مقدار بار گسترده بر اساس قضاوت مهندسی به عنوان سربار گسترده تیغه ها به وزن سقف اضافه میشود. این سربار معمولاً بین ۱۳۰ تا ۱۷۰ کیلوگرم بر متر مربع فرض میشود.

بارهای زنده

نکات مربوط به بارهای زنده در بخش ۶-۳ مبحث ششم در دسترس است. نکات مهم در این زمینه به شرح زیر است :
۱- مقدار بار زنده معمولاً به صورت یک سربار گسترده به سقف اعمال میشود. این سربار گسترده از جدول ۶-۳-۱ برای کاربریهای متفاوت استخراج میشود. برای برخی کاربریهای مهم این مقدار به شرح زیر است :
اتاقها و راهروهای خصوصی و سرویسها : ۲۰۰ کیلوگرم بر متر مربع
بامهای تخت یا با شیب کم : ۱۵۰ کیلوگرم بر متر مربع
اتاقها در ساختمانهای اداری : ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مربع
راهروها در ساختمانهای اداری : ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مربع
راه پله ها در ساختمانهای مسکونی : ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مربع
پارکینگها در صورتی که وزن ماشین ها کمتر از ۱.۵ تن باشد : ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مربع
۲- به بحث نامناسبترین وضع بارگذاری ذکر شده در بند ۶-۳-۳ هم باید توجه شود. این بند در بخشهای بعدی توضیح داده خواهد شد. این بند فقط در کاربریهای با بار زنده بیش از ۵۰۰ کیلوگرم و با سیتسمهای قاب خمشی یا تیرهای خورجینی ( پیوسته ) باید اعمال شود. بر این اساس اکثریت سازه ها شامل این بند نخواهند شد.
۳- به بحث کاهش بارهای زنده ذکر شده در بند ۶-۳-۸ هم باید توجه شود. این بند نیز بعداً توضیح داده میشود. به طور خاص بخشهایی از ساختمان مثل بام و کف انبارها و پارکینگها شامل این بحث نمیشوند. کاربریهایی هم که بار زنده آنها بالاتر از ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مربع عم باشند شامل این بحث نمیشوند.
۴- سقف بام به طور همزمان تحت بار زنده و برف است. این دو به طور همزمان اعمال نمیشود. بین این دو بار مقداری که بیشتر است را انتخاب کنید و بام را فقط تحت همان مقدار بیشتر قرار دهید. جهت ساده سازی مقدار بزرگتر را به عنوان بار زنده بام در نظر میگیرند و از اعمال بار برف صرفنظر میشود.

بار برف

بار برف بر اساس بخش ۶-۴ مبحث ششم قابل تعیین است. برای بامهای تخت کافیست که مقدار بار برف را بر اساس رابطه ۶-۴-۱ و با جایگزینی عدد ۱ به جای ضریب Cs به دست آورید. مقدار Ps را هم بر حسب اینکه ساختمان در چه شهری ساخته میشود بر اساس اطلاعات جدول ۶-۴-۱ و بند ۶-۴-۲ قابل تعیین است.
همانطور که در قسمت قبل هم ذکر شد معمولاً بین بار برف و بار زنده بام مقدار بزرگتر به عنوان بار زنده در نظر گرفته میشود و پس از آن دیگر با بار برف کاری نداریم.

بارهای ناشی از اثر زلزله

بارهای ناشی از زلزله باید بر اساس ضوابط بخش ۶-۷ از مبحث ششم محاسبه شوند. چون معمولاً محاسبه نیروی زلزله و توزیع این نیرو بین طبقات توسط نرم افزار انجام میشود در این مرحله تنها کافیست که ضریب زلزله ( c ) مطابق رابطه ۶-۷-۲ محاسبه شود. البته بهتر است کل برش پایه مطابق رابطه ۶-۷-۱ و مقدار برش زلزله در هر طبقه مطابق رابطه ۶-۷-۱۰ نیز محاسبه و در نهایت بعد از مدلسازی و اتمام مرحله آنالیز در نرم افزار با مقادیر خروجی نرم افزار مقایسه شود. البته باید توجه داشت که برای آنالیز سازه در برابر زلزله دو روش مهم تحلیل استاتیکی و دینامیکی وجود دارد که ممکن است روش استاتیکی برای برخی سازه های خاص قابل استفاده نباشد و مجبور به استفاده از روش دوم باشیم اما به هر حال حتی اگر از روش دینامیکی بخواهیم استفاده کنیم مجبوریم که در این مرحله مقدار ضریب زلزله را مطابق رابطه گفته شده محاسبه کنیم. در این محاسبه لازم است که به نکات زیر توجه شود :
۱- ضریب R یا ضریب رفتار از جدول ۶-۷-۶ باید استخراج شود. در حال حاضر سیستمهایی در مبحث دهم ویرایش ۸۷ معرفی شده است که این سیستم ها در جدول مذکور مورد اشاره قرار نگرفته اند. مثل سیستم قاب ساده و مهاربند همگرای ویژه . به نظر میرسد که فعلاً برای ضریب رفتار این سیستمها بشود از سیستم مشابه اما با شکلپذیری کمتر کمک گرفت. به نظر میرسد که اگر به ضریب رفتار سیستم مشابه یک واحد اضافه شود بتوان به عددی منطقی ( و نه محافظه کارانه ) رسید. مثلاً برای سیستم قاب ساده و مهاربندهای واگرای ویژه که در جدول مذکور وجود ندارد میتوان از سیستم قاب ساده و مهاربند همگرا که ضریب رفتاری برابر ۶ دارد کمک گرفت و برای سیستم مورد نظر ما این ضریب را ۷ فرض کرد. ( البته این فقط یک فرض در جهت ساده سازی است و گرنه باید تا زمان چاپ ویرایش جدید مبحث ششم باید صبر شود).
۲- برای سازه هایی که در هر دو جهت اصلی آنها یک سیستم سازه ای واحد به کار برده شده است یک بار محاسبه ضریب C کفایت میکند اما برای سازه هایی که در دو جهت اصلی آنها دو سیستم سازه ای مختلف استفاده شده است برای هر یک از این دو جهت ضریب C باید جداگانه محاسبه شود.
۳- برای محاسبه ضریب B باید زمان تناوب سازه طبق روابط تجربی ۶-۷-۶ تا ۶-۷-۸ محاسبه شود. اگر در جهتی که زمان تناوب را محاسبه میکنیم از دیوار برشی بادبند ( واگرا یا همگرا ) استفاده شده باشد ، صرفنظر از این که از قاب خمشی یا ساده در آن جهت استفاده کرده باشیم محاسبه زمان تناوب باید از رابطه ۶-۷-۸ ( رابطه سوم ) انجام گیرد. برای قابهای خمشی فولادی که در آن جهت بادبند استفاده نشده باشد رابطه ۶-۷-۶ و برای قابهای خمشی بتنی که فاقد دیوار برشی در راستای قاب باشند رابطه ۶-۷-۷ استفاده میشود. باید به این نکته هم توجه کرد که اگر از دو رابطه ۶-۷-۶ یا ۶-۷-۷ استفاده میکنیم اثر میانقابها هم در این محاسبه باید دیده شود. منظور از میانقاب دیوارهایی غیرسازه ای هستند که بین ستونها قرار میگیرند. اگر این دیوارها به نحوی به سازه متصل شده باشند که برای حرکت جانبی قاب ایجاد مزاحمت نمایند مقادیر به دست امده برای زمان تناوب از دو رابطه مذکور باید در ضریب ۰.۸ ضرب شوند. در غیر این صورت اعمال این ضریب اجباری نیست. در عمل اجرای دیوارهای غیرسازه ای به گونه ای است که این مزاحمت ایجاد میشود و در نتیجه مجبور به اعمال این ضریب ۰.۸ هستیم. برای برخی سازه های خاص که در بند ۶-۷-۳-۸-۱ مورد اشاره قرار گرفته اند مجبوریم که دتایلی ارایه دهیم که این دیوارها برای حرکت جانبی قاب ایجاد مزاحمت ننمایند. ( نمونه این دتایلها در چند تاپیک مورد بحث قرار گرفته است که میتوانید استفاده کنید ) اما در عمده موارد نیازی به این مساله نیست. در صورتی که زمان تناوب از رابطه ۶-۷-۸ محاسبه شود اثر میانقابها نیازی به اعمال نیست.
نکته دیگر در همین موضوع توجه به تبصره یک از بند ۶-۷-۲-۵-۶ در ذیل همین سه رابطه است. مقدار زمان تناوبی که از سه رابطه فوق به دست می آید یک مقدار تجربی است که معمولاً به صورت محافظه کارانه کمتر از مقدار واقعی میباشد. بعد از آنالیز سازه میتوان مقدار زمان تناوب سازه که مقداری واقعی تر میباشد را از نرم افزار استخراج کرد. معمولاً این مقدار نسبت به مقدار تجربی با اختلافی قابل ملاحظه بیشتر است. در این حالت میتوان مقدار به دست آمده از رابطه تجربی را تا حداکثر ۲۵ درصد بیشتر در نظر گرفت. به همین جهت بهتر است همان ابتدا مقدار زمان تناوب به دست آمده از یکی از سه رابطه فوق را در ضریب ۱.۲۵ ضرب کرد. بعد از آنالیز سازه در نرم افزار باید زمان تناوب را از نرم افزار استخراج کرده و با مقدار ۱.۲۵ برابر زمان تناوب تجربی مقایسه کرد. اگر مقدار به دست آمده از نرم افزار از این مقدار بیشتر باشد ( که معمولاً هم به این شکل است ) محاسبه درست بوده است و گرنه باید در زمان تناوبی که جهت محاسبه ضریب زلزله استفاده شده است تجدید نظر کرد.
۴- در محاسبه ضریب زلزله باید به مقدار حداقل برش پایه زلزله ذکر شده در رابطه ۶-۷-۳ هم توجه نمود. بر این اساس لازم است که نسبت B/R از عدد ۰.۱ کمتر نشود. این رابطه در اکثریت موارد به صورت خودکار ارضا میشود.

۴۶۸×۶۰ content ad

مطالب مرتبط: