روش های کاهش وزن سازه و بهینه سازی آن
فهرست مطالب
بسیاری از افراد وقتی کلمه بهینه‌سازی ساختمان را می‌شنوند؛ تصور می‌کنند که منظور کاهش میزان مصالح مصرفی و استفاده از حداقل میزان فولاد است. این در حالی است که بهینه‌سازی به روش‌هایی گفته می‌شود که با استفاده از آنها بتوان بدون کاهش میزان مقاومت سازه، هزینه ساخت و وزن آن را کاهش داد. بر اساس این تعریف کلی می‌توان گفت که بهینه سازی سازه به معنی مصرف حداقل مصالح با حفظ استحکام ساختمان است.
منظور از بهینه‌سازی ساختمان چیست؟
بهینه سازی سازه به یک سری از متدها و تکنیک‌ها گفته می‌شود که ساختمان را با استفاده از اقتصادی‌ترین و ایمن‌ترین روش‌ها طرح‌ریزی می‌کنند. با استفاده از این تکنیک‌ها می‌توان وزن سازه و هزینه اجرا آن را به شرایطی رساند که الزامات ایمنی، پایداری، کارکردی و حتی زیباشناختی را برآورده کند. بر اساس این تعریف می‌توان گفت که هدف از بهینه سازی سازه به فاکتوری فراتر از کاهش مصرف مصالح باز می‌گردد. با بهینه‌سازی می‌توان ایمنی ساختمان را به حداکثر رساند و از ایجاد خسارات زیاد در بلایایی مانند زلزله پیشگیری کرد. این تکنیک‌ها را می‌توان از جهات مختلف بررسی کرد.
بهبود عملکرد سازه: روش‌های بهینه‌سازی می‌توانند با مقاوم‌سازی سازه، روی میزان امنیت آن در زمان وقوع فشارهایی مانند زلزله تاثیر داشته و عملکرد ساختمان را اصطلاحا بهبود دهند.
کاهش وزن سازه: گاهی با کاهش ابعاد تیرآهن و ستون‌ها می‌توان میزان مصرف مصالح سنگین مانند میلگرد و بتن را کم و سازه را سبک‌سازی کرد. کاهش وزن ساختمان حتی باعث می‌شود که مقاومت سازه در برابر زلزله نیز به طرز چشمگیری افزایش پیدا کند. از طرفی با توجه به نوسان قیمت مصالح ساختمانی، استفاده از این تکنیک‌ها در نهایت موجب اقتصادی شدن هزینه ساخت نیز می‌شود.
کاهش ابعاد مقاطع و افزایش متراژ قابل استفاده: با کاهش ابعاد سازه، متراژ مفید یا همان زیربنای مفید بیشتر می‌شود و ساختمان از نظر معماری و کاربرد در شرایط بهتری قرار می‌گیرد.
هزینه قالب‌بندی: هزینه قالب‌سازی یکی از مهم‌ترین هزینه‌های احداث یک ساختمان است. بنابراین با بهینه سازی سازه و در نظر گرفتن هزینه ساخت قالب می‌توان از این جهت نیز صرفه اقتصادی به وجود آورد.
به حداقل رساندن هزینه کلی ساختمان: با استفاده از تکنیک‌هایی که در بالا توضیح دادیم ساختمان سبک شده و هزینه اجرا و مدیریتش به طرز چشمگیری کاهش پیدا می‌کند.
برای دریافت قیمت میلگرد آجدار با کارشناسان تامین کالا در ارباط باشید.
آشنایی با انواع سیستم سازه
به تمامی اجزای یک سازه که می‌توانند در برابر نیروهای وارده مقاومت و استحکام داشته باشند سیستم سازه گفته می‌شود. سیستم سازه، فارغ از نوعش معمولا با دو نوع بار ثقلی یا عمودی و بار جانبی یا افقی مواجه است. به طور کلی انواع سیستم سازه که برای مقابله با این نیروها قابل استفاده هستند عبارتند از:
سیستم دیوار باربر
در این سیستم وظیفه باربری به عهده دیوارها و قاب‌هاست و در آن خبری از تیر و ستون نیست. سیستم دیوار باربر برای مناطقی که خارج از محدوده زلزله‌خیز هستند و ساختمان‌های کمتر از 3 طبقه مناسب است.
سیستم قاب ساختمانی
این سیستم پرکاربردترین سیستم سازه‌ای است که سهولت در اجرا و طراحی خاص کی از شاخصه‌های اصلی آن محسوب می‌شود. در این سیستم نیروی مهاربند به کمک دیوار مهار شده و سپس فشار به ستون‌ها منتقل می‌شود.
سیستم قاب خمشی
سیستم تیر و ستونی که به سیستم قاب خمشی معروف است در سراسر دنیا رواج بسیاری داشته و به معماران اجازه می‌دهد تا بتوانند سبک‌های متفاوت را در طراحی ساختمان اجرا کنند. در این سیستم مهار نیروهای جانبی بر عهده تیرهاست. زیبایی ظاهری سیستم قاب خمشی باعث می‌شود که سیستم قابلیت اجرا روی انواع ساختمان از یک طبقه گرفته تا چند طبقه را داشته باشد. احتمال خرابی تیرها در این سیستم پس از زلزله بسیار پایین است ولی در صورت خرابی امکان تعمیر و استفاده مجدد از آنها وجود ندارد.
سیستم دوگانه یا ترکیبی
سیستمی که حاصل ترکیب دو سیستم قاب خمشی و دیواربرشی است به سیستم دوگانه یا ترکیبی معروف شده است. سیستم دوگانه بهترین سیستم برای ساختمان‌های بالای 15 طبقه است که نیروهای جانبی بسیاری به آنها وارد می‌شود. این سیستم به نصب دیگر سیستم‌ها از مقاومت بالاتری برخوردار است.
روش‌های بهینه‌سازی ساختمان
تجربه طراح اصلی‌ترین و مهم‌ترین نکته در اجرای سیستم بهینه‌سازی ساختمان است. این موضوع که تغییر در کدامیک از متغییرهای متعددی که در ساختمان وجود دارد می‌تواند به بهینه‌سازی آن کمک کند بیش از هر چیز به تجربه طراح وابسته است. معمولا طراحان باتجربه با استفاده از تکنیک‌های زیر سازه را از جهات مختلف بهینه می‌کنند:
- نحوه چیدمان ستون‌ها در طراحی ساختمان از اهمیت بالایی برخودار است. بیشتر طراحان در چیدمان ستون‌ها بسته به شرایط ساختمان به روش‌های متفاوتی عمل می‌کنند. گاهی برای بهینه کردن فضا یک ستون را حذف یا دو ستون را به هم نزدیک می‌کنند.
- یکی از مهم‌ترین نکاتی که در بهینه سازی سازه نقش دارد؛ رعایت تناسب هندسی مقاطع است. تغییر در این مقاطع می‌تواند به صورت مستقیم روی مقاومت سازه نیز تاثیرگذار باشد.
- برای از بین بردن خمش در تیر و ستون از نوعی میلگرد زیگراگی به نام خرپا استفاده می‌شود که وظیفه آن توزیع یکنواخت وزن، کنترل تنش و تراکم بدون خمش و برش است.
- اگر اجزای سازه در مقابله با نیرو و فشار از خود مقاومت نشان ندهند؛ معمولا مقدار آرماتور استفاده شده در سازه را افزایش می‌دهند. البته برای این افزایش، حداکثر مقدار مجازی تعیین شده است.
- سیستم قاب ساختمان با مهاربند و سیستم دوگانه به ترتیب برای طراحی ساختمان‌های کوتاه تا متوسط و ساختمان‌های برج مانند و بلندمرتبه مناسب است.
- مرکز جرم که به معنی نقطه‌ای است که بیشتر اعضای سازه در آن متمرکز هستند و مرکز سختی که به معنی نقطه‌ای است که نیروی زلزله به آن وارد می‌شود دو تعریف بسیار مهم برای بهینه‌سازی ساختمان محسوب می‌شوند. زیاد بودن فاصله بین این دو نقطه باعث ایجاد پیچش در ساختمان می‌شود. بنابراین برای اینکه سازه بهینه شود باید این فاصله در حد استاندارد باشد.
- بهتر است قبل از هر اقدامی موقعیت منطقه از نظر زلزله‌خیز بودن بررسی شود؛ چرا که برخی از گسل‌ها ممکن است در حال حاضر غیرفعال باشند اما به مرور فعال شوند.
- برای اتصال بخش‌های مختلف فولادی بهتر است از روش‌های مختلف جوش‌کاری استفاده شود. روش جوش‌کاری در مقایسه با روش پیچ و مهره‌ای روی وزن سازه تاثیر کمتری دارد.
- باید برای ساختمان‌های بلند حتما از مصالح و مقاطع فولادی مقاوم استفاده شود تا عملکرد سازه به حداکثر برسد.
- با طراحی منظم می‌توان تا حدود زیادی نقش موثری در بهینه سازی سازه داشت.
با استفاده از این تکنیک‌ها می‌توان سازه‌ای را احداث کرد که از همه نظر به‌خصوص عملکرد، وزن و هزینه ساخت کاملا بهینه و مقرون‌به‌صرفه باشد.
