منظور از طراحی سازه چیست؟

طراحی سازه یک ساختار مهندسی با المان‌های متعددی مانند ستون‌ها، دیوار‌ها و.. است که برای طراحی هر کدام از آن‌ها باید به عوامل مختلفی توجه شود. این عوامل شامل مقاومت مصالحی که استفاده می‌شود، نیروی استاتیک و دینامیک وارد بر هریک از اجزا و میزان مقاومت آن‌ها و همچنین مجموع باری که قرار است بر فونداسیون و کل ساختار طراحی سازه وارد شود و جزئیات بسیار دیگری هستند.

مصالح و متریال‌‌های مختلفی برای طراحی سازه‌‌ ها استفاده می‌شوند. این مصالح می‌توانند از موادی مانند چوب در سازه‌‌های کوچک جنگلی یا روستایی تا بتن و فولاد در ساختمان‌های بزرگ متفاوت باشد. مواد و روش‌های جدیدی هم در سال‌های اخیر در کشور مورد استفاده قرار می‌گیرند که هم هزینه تمام شده ساخت و ساز را کاهش می‌دهند و هم موجب مقاومت بیشتر در طراحی سازه می‌شوند. از جمله آن‌ها سازه‌‌های وافل هستند که طراحی مشبکی دارند، ایمنی ساختمان را بسیار بالا می‌برند و به دلیل مزایای فراوانی که دارند، مورد توجه گسترده سازندگان و مهندسان قرار گرفته اند.

اصول طراحی سازه یکی از مهمترین مواردی است که در مهندسی ساختمان باید رعایت شود. اگر طراحی سازه به صورت اصولی و درستی وجود نداشته باشد، همه هزینه‌ها و تلاش‌‌های مرحله اجرا نمی‌تواند جلوی آسیب‌پذیری و عملکرد نامناسب طراحی سازه را بگیرد و ممکن است منجر به خسارت‌های جدی مالی و حتی انسانی شود. این مساله طراحی سازه در کشور ما که روی کمربند زلزله قرار دارد و درمعرض انواع بلایای طبیعی است، حیاتی‌تر به نظر می‌رسد.

مراحل طراحی سازه

برای رعایت اصول طراحی سازه مراحل مختلفی باید طی شود و خروجی هریک از این مراحل باید به تایید متخصصان مربوطه برسد. ابتدا برای طراحی سازه، برنامه‌ریزی متناسب با پروژه انجام می‌شود و مسائلی مانند تجهیزات مورد نیاز، الزامات قانونی ساخت و ساز، مجوزهای لازم و بودجه‌ای که قرار است به طرح اختصاص داده شود، بررسی می‌شوند. همچنین تمام مشکلات و محدودیت‌های احتمالی در مسیر طراحی سازه و ساخت پروژه پیش‌بینی و برایشان راهکارهایی درنظر گرفته می‌شود.

روند طراحی سازه در ساختمان چگونه است؟

روند طراحی سازه در ساختمان به‌طور کلی از چند مرحله تشکیل می‌شود که عبارت‌اند از:

  • بررسی نیازها و محدودیت‌ها: در این مرحله، ابتدا باید نیازهای ساختمان و محدودیت‌های موجود مثل بودجه، زمان، مساحت و موقعیت جغرافیایی مورد بررسی قرار گیرند. بر این اساس، نوع سازه و روش طراحی مشخص می‌شود.
  • تهیه نقشه‌های معماری: در این مرحله، نقشه‌های معماری ساختمان با توجه به نیازها و محدودیت‌های موجود تهیه می‌شود.
  • تهیه نقشه‌های سازه: در این مرحله، نقشه‌های سازه تهیه می‌شود که شامل جزئیات فنی ساختمان مانند اندازه‌گیری‌های مورد نیاز، نوع مواد ساختمانی، ارتفاع ساختمان و ابعاد ستون‌ها و بالشتک‌ها است.
  • تحلیل سازه: در این مرحله، با استفاده از روش‌های تحلیلی مختلف، سازه برای مقاومت در برابر نیروهای مختلف مورد تحلیل قرار می‌گیرد. در این مرحله، نوع مواد ساختمانی، نحوه و ابعاد اجزای سازه و نیروهای مختلف مورد استفاده برای محاسبات باید مشخص باشد.
  • طراحی جزئیات سازه: در این مرحله، جزئیات سازه مانند ابعاد وضعیت‌های مختلف سازه، توضیحات نصب، جزئیات نگهداری و تعمیرات بررسی می‌شود.
  • تهیه نقشه‌های ساخت: در این مرحله، نقشه‌های ساخت تهیه می‌شود که شامل جزئیات ساخت سازه است. این شامل توضیحات مربوط به نحوه نصب اجزای سازه، توضیحات نگهداری و تعمیرات، جزئیات اتصالات، جزئیات مربوط به مواد سازه‌ای و سایر جزئیات مورد نیاز برای ساخت سازه است.

  • اجرای سازه: در این مرحله، سازه طبق نقشه‌های ساخت ساخته می‌شود. این شامل اجرای اجزای سازه، نصب اتصالات و مواد سازه‌ای و سایر جزئیات مورد نیاز برای ساخت سازه است.

  • بازرسی و آزمایش سازه: پس از ساخت سازه، آن را باید بازرسی کرد و آزمایش‌های مورد نیاز را انجام داد تا اطمینان حاصل شود که سازه برای استفاده در شرایط مختلف مانند بارگذاری زیاد و شرایط زلزله آماده است.

  • تحویل سازه: در این مرحله، سازه به مالک یا مشتری تحویل داده می‌شود. همچنین باید توجه داشت که در طول این فرآیند، ارتباطات مکرر بین معماران، مهندسان سازه، مجریان و مشتریان انجام می‌شود و تغییراتی نیز در نقشه‌ها و طرح‌ها ممکن است صورت بگیرد.

نکات کلیدی در طراحی سازه

در اینجا به نکاتی اشاره می‌کنیم که بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان برای ارزیابی الزامات اجرایی طراحی سازه‌ با اسکلت بتنی باید در نظر بگیرید:

  • کنترل طول به عرض ساختنمان در طراحی سازه (کنترل عدم احتمال درز انقطاع)
  • کنترل مهارشدگی ساختمان
  • کنترل ترک‌خوردگی بر اساس مهار شدگی
  • کنترل مقاطع از نظر حداقل وحداکثر مفواصل مجاز بین آرماتورهای طولی
  • کنترل پارامترهای طراحی تیرها و ستون‌ها در نرم‌افزار طراحی سازه
  • کنترل مفصل کردن تیرهای داخل دیوار برشی
  • کنترل تغییر مکان دال‌ها
  • کنترل نسبت تنش برشی موجود به مقاومت برشی در اتصال تیر به ستون
  • کنترل برش تیرهای اطراف دال
  • کنترل درصد آرماتور تیرها
  • کنترل نسبت طول به قطر تیرهای دهانه کوتاه
  • کنترل درصد آرماتور ستون‌ها در محل عوض شدن مقاطع

مهندس طراح سازه کیست؟

اکثر مشاغلی که با ساختمان و سازه ها در ارتباط هستند؛ به رشته های معماری و عمران مربوط می باشند. البته که رشته مهندسی عمران، یک رشته بسیار جذاب است و  پیش زمینه کاری بسیاری در آن وجود دارد. در واقع، دانشجویان این رشته پس از اتمام تحصیل خود می توانند در زمینه های کاری مختلفی، وارد بازار کار بشود. یکی از زمینه های بسیار کاربردی و مهم در مهندسی عمران، طراحی سازه است. به فردی هم که کار طراحی و محاسبات سازه را انجام می دهد طراح سازه می گویند. بنابراین، افرادی که قصد شاغل شدن در حیطه طراحی سازه را دارند، باید در رشته مهندسی عمران تحصیل کنند.

انواع روش های طراحی سازه

در طراحی سازه‌ها، معمولاً از چندین روش مختلف برای تحلیل و طراحی استفاده می‌شود. برخی از این روش‌ها به شرح زیر می‌باشند:

  1. روش المان محدود: در این روش، سازه را به قطعات کوچک‌تر تقسیم کرده و به صورت المان‌های محدود مدل‌سازی می‌کنند. سپس با استفاده از قوانین فیزیکی، نیروهای داخلی المان‌ها و سازه به‌صورت تفصیلی محاسبه می‌شوند.

  2. روش تحلیل سه‌بعدی: در این روش، سه‌بعدی بودن سازه در نظر گرفته شده و با استفاده از قوانین فیزیکی و مفاهیم هندسی، نیروها و جابجایی‌های سازه به‌صورت دقیق محاسبه می‌شوند.

  3. روش تحلیل اجزای محدود: این روش مشابه روش المان محدود است، با این تفاوت که در آن از المان‌های محدود با شکل‌های چندگوش استفاده می‌شود. این روش امکان تحلیل سازه‌های پیچیده‌تر را بیشتر می‌کند.

  4. روش طراحی تجربی: در این روش، طراحی سازه براساس تجربیات گذشته و نتایج آزمایش‌های محلی انجام می‌شود. این روش برای سازه‌های ساده و غیرپیچیده مفید است.

  5. روش تحلیل دینامیکی: در این روش، عوامل دینامیکی مانند زلزله، باد و دیگر اثرات ارتعاشی در طراحی سازه در نظر گرفته می‌شوند. این روش برای سازه‌های بلند و پرتلاطم مثل برج‌ها و پل‌ها مفید است.

  6. روش طراحی با استفاده از کامپیوتر: در این روش، طراحی سازه با استفاده از نرم‌افزارهای مختلفی صورت می‌گیرد. این نرم‌افزارها با استفاده از روش‌های المان محدود، تحلیل سه‌بعدی و تحلیل اجزای محدود، می‌توانند نیروها، جابجایی‌ها و بارهای سازه را به‌صورت دقیق محاسبه کنند و به طراحان کمک می‌کنند تا سازه‌های با کیفیت بالا و با امنیت بالا طراحی کنند.

    روش طراحی سازه‌های فولادی: در این روش، طراحی سازه برای استفاده از فولاد به‌عنوان ماده سازنده صورت می‌گیرد. در این روش، از استانداردها و مقررات خاص برای طراحی و اجرای سازه‌های فولادی استفاده می‌شود.

    روش طراحی سازه‌های بتنی: در این روش، طراحی سازه برای استفاده از بتن به‌عنوان ماده سازنده صورت می‌گیرد. در این روش، از استانداردها و مقررات خاص برای طراحی و اجرای سازه‌های بتنی استفاده می‌شود.

    همچنین، در طراحی سازه‌ها می‌توان از روش‌های دیگری مانند روش طراحی سازه‌های چوبی، روش طراحی سازه‌های تونلی و روش طراحی سازه‌های پل استفاده کرد. در هر صورت، هدف از استفاده از هر یک از این روش‌ها، طراحی و ساخت سازه‌هایی با امنیت بالا، کارایی بالا و هزینه بهینه است.

سازه‌های وافل چیست و چه مزیتی در طراحی سازه دارد؟

در بحث طراحی سازه و به خصوص سازه‌های وافل، باید برانید که این ها نوع مدرن و جدیدی از سازه‌های ساختمانی هستند که حاصل مدت‌ها تلاش متخصصین برای حذف بتن‌های ناکارآمد و بالا بردن ایمنی و مقاومت ساختمان و البته پایین آوردن هزینه‌های تمام‌شده ساخت‌وساز به‌شمار می‌روند.

طراحی سازه‌ به خصوص سازه های وافلی، بسیار سبک و مقاوم بوده، به صورت مشبک طراحی می‌شوند و می‌توان پس از بتن‌ریزی و مقاوم شدن آن، از سازه قالب‌برداری کرد و قالب‌های وافل را دوباره در جای دیگری به کار برد، یا اجاره داد و حتی فروخت! به این ترتیب بخشی از هزینه‌های ابتدایی ساختمان جبران می‌شود.

احتمالا اگر از فعالان صنعت ساخت و ساز باشید، تاکنون درباره تولید و اجاره سقف وافل شنیده‌اید. اما این تمام ماجرای قالب‌های وافل نیست. از سازه‌های وافل می‌توان در دیگر قسمت‌های ساختمان از جمله دیوار‌ حائل و فونداسیون نیز استفاده کرد. تمامی این اجزای ساختمانی به کمک‌ قالب‌های وافل یک‌طرفه یا دو طرفه ساخته می‌شوند. در ادامه مطلب با هر کدام از این اجزا بیشتر آشنا می‌شویم.

خدمات اجرای سقف وافل
خدمات اجرای سقف وافل

دیوارحائل وافل retaining waffle wall در طراحی سازه وافل

دیوار حائل در طراحی سازه‌، نقش نگهبان دائمی ساختمان را دارد و مقاومت خاک را در شیب‌های غیر طبیعی در مقابل فشار جانبی افزایش می‌دهد. از این دیوار  در راه‌سازی، ساخت پل و ساخت و ساز شهری استفاده می‌شود. در مبحث هفت و نه مقررات ملی طراحس سازه ساختمان به اجرای دیوار حائل در زیرزمین‌های ساختمان‌های شهری اشاره شده است و با اینکه الزامی بودن آن تصریح نشده، اما برای بالا بردن ایمنی مخصوصا در ساختمان‌هایی که بیش از یک زیرزمین دارند، استفاده از آن ضروری است. با این وجود به دلیل هزینه‌بر بودن و دشواری ساخت این نوع دیوار، معمولا مهندسین ساخت‌وساز حتی در زیر زمین‌های سه یا چهار طبقه نیز حاضر به اجرای آن نیستند.

استفاده از قالب‌ وافل برای دیوار حائل تا حد بسیار زیادی هزینه‌‌های ساخت و طراحی سازه را پایین می‌‌آورد و سهولت نصب این قالب‌ها می‌تواند دشواری اجرای دیوار را کاهش دهد. با کمک این دیوارهای سبک و مقاوم می‌توانید هم‌زمان از هزینه‌های اضافی اجتناب کرده و ایمنی ساختمان خود را نیز افزایش دهید.

 نمونه‌ای از این دیوارها را می‌توان در ساخت‌وساز تونل‌ها مشاهده کرد. اگر یک‌بار وارد تونل توحید تهران شده ‌باشید، احتمالا دیوارهای مشبک این تونل را دیده‌اید. این دیوار نمونه‌ای از دیوار وافلی است که بار سازه را به خوبی تحمل کرده و حتی ظاهری زیبا ایجاد کرده‌اند. عملکرد دیوار‌های حائل وافل در اکثر قسمت‌ها شبیه سقف وافل بوده و در دیگر بخش‌ها مشابه طره عمل می‌کنند. برای طراحی و اجرای این دیوارها، مشابه محاسبات سازه سقف وافل می‌توانید از نرم‌افزارهای مختلف استفاده کنید.

فونداسیون وافل waffle mat

سیستم فونداسیون وافل که به آن فونداسیون دال وافل نیز گفته می‌شود، مجموعه‌ای از حفره‌های عمیق در سطح زیرین فونداسیون است که توسط قالب‌های پلی‌پروپیلن ساخته می‌شوند. این قالب‌ها نیز حالت مشبک دارند و بتن روی آن‌ها ریخته می‌شود. ارتفاع قالب‌ها بین ۳۰ تا ۴۰ سانتی‌متر و عرض آن‌ها معمولا ۹۰ در ۹۰ سانتی‌متر است. مشابه اجرای سقف وافل، بین قالب‌های وافل در فونداسیون نیز تیرچه‌های با فاصله مرکز به مرکز حداکثر ۱۳۰ سانتی‌متری ایجاد می‌شود که فنداسیون را نگه می‌دارند.

وافل مت یا فونداسیون وافل برای مناطقی به کار می‌رود که خاک آن‌ها منبسط شونده است. سیستم طراحی سازه آن به شکلی است که اجازه نمی‌دهد انبساط خاک، سازه یا فونداسیون را دچار مشکل کند. برخی از خساراتی که خاک انبساطی ایجاد می‌کند شامل ترک در شالوده، سقف و دیوارها است که می‌تواند حتی به طبقات بالای سازه نیز آسیب بزند. در نقطه مقابل نیز اگر خاک رطوبت خود را از دست داده و کاهش حجم دهد، می‌تواند باعث نشست ساختمان و از بین رفتن تکیه‌گاه آن شود. بنابراین در مناطقی که خاک آن از مواد معدنی انباشته است و احتمال افزایش و کاهش حجم آن می‌رود، بهترین و ایمن‌ترین فونداسیون، وافل مت خواهد بود.

در وافل مت، وجود حفره‌های زیر شالوده باعث می‌شود هرگاه خاک در اثر جذب رطوبت افزایش حجم داشت، حجم اضافی وارد این سوراخ‌ها شود. در طراحی سازه این فونداسیون عرض تیرها کمترین تماس را با خاک خواهد داشت و در نتیجه نیروی خاک انبساطی فشار بسیار کمی روی تیرچه وارد می‌کند.

بنابراین یکی از مزایایی استفاده از وافل مت این است که حفره‌های آن مانند دریچه اطمینان کار می‌کنند و با جذب کردن خاک حجیم شده، از ترک خوردن سازه تا حد قابل توجهی جلوگیری می‌کنند. مزیت بعدی فونداسیون وافل در مقایسه با سایر فونداسیون‌ها این است که سطح تماس بسیار کمی با خاک زیر خود دارند که باعث می‌شود هنگام بالا آمدن خاک، نیروی برکنش روی دال  کاهش یابد.

اجرای مت وافل یا فونداسیون وافل

برای اجرای این نوع فونداسیون بر خلاف انواع دیگر، نیازی به آب‌پاشی نیست و فونداسیون روی سطح خشک و تمیز اجرا خواهد شد. قالب‌های وافل بدون نیاز به پایه مستقیما روی پدی قرار می‌گیرند و این دو عامل، عدم نیاز به آب‌پاشی و پایه، از زمین و لایه‌های زیرین خاک محافظت می‌کند. قالب‌های وافل مجموعه‌ای حفره عمیق در زیر فونداسیون ایجاد می‌کنند، بتن به صورت یک‌پارچه و مستقیم روی قالب ریخته می‌شود و پس از بتن‌ریزی دال فونداسیون و تیرچه‌های نازکی در دو طرف قالب‌ها ایجاد می‌شود. قالب‌ها به هم متصل می‌شوند و طبق نقشه ساختمان کنار هم قرار می‌گیرند.

می‌توان طراحی سازه فونداسیون وافل را دوست‌دار طبیعت دانست. چرا که در این سازه از میزان مصرف فولاد و بتن نسبت به دیگر انواع فونداسیون بسیار کمتر است و حجم خاک‌برداری نیز کاهش می‌یابد. در نتیجه نه تنها شاهد انتشار کربن کمتری هستیم بلکه از فرسایش و انتقال رسوب به آب‌های زه‌کشی نیز جلوگیری می‌شود.

سقف وافل waffle slab

طراحی سازه دیگری که شاهد افزایش چشمگیر آن در ساخت‌وسازهای جدید هستیم، سقف‌های وافلی است. این سقف‌ها از جهات بسیاری مشابه سقف تیرچه بلوک عمل می‌کند اما بسیار سبک‌تر و ساده‌تر است. برای طراحی سقف وافل باید به دقت پلان آکسن‌بندی، محل راه‌پله، جهت حرکت در راه‌پله، رمپ پارکینگ و … را بررسی کرد. تعداد طبقات و ارتفاع مفید آن‌ها، تراز سقف و ضخامت سقف نیز در طراحی مهم هستند. در تمام اسکلت‌های فلزی می‌توان از این سقف استفاده کرد. با توجه به معایب سقف‌های یونولیتی از جمله هزینه‌های بالای ایمن‌سازی آن‌ها در برابر آتش‌سوزی، لرزش بالا و هدر رفتن بتن، سقف‌های وافلی محبوبیت زیادی در بین مهندسین ساختمان یافته‌اند.

سقف‌های وافل به دو شکل یک‌طرفه و دو طرفه قابل طراحی و اجراست. انتخاب نوع سقف به کاربرد محل مورد نظر بستگی دارد. معمولا از سقف‌های یک‌طرفه در دهانه‌های کوچک استفاده می‌شود و تقریبا نصب و طراحی آن مشابه سقف تیرچه بلوک است. اما سقف‌های دو طرفه برای دهانه‌های بزرگ‌تر طراحی می‌شوند و با حذف ستون‌های مزاحم، فضای بیشتری را در اختیار کاربر قرار می دهند.

طراحی سازه‌ در وافل

در اصول طراحی سازه موارد بسیار زیادی موثر هستند که از جمله آنها می‌توان به نوع فونداسیون، متراژ زمینی که قرار است سازه در آن بنا شود، خاک، اقلیم و رطوبت منطقه، تعداد طبقات، کاربرد ساختمان، طراحی تاسیسات آن، حداکثر هزینه‌ای که می‌توان در  طراحی و اجرا صرف کرد، نیروی متخصص و ماهر و عوامل دیگر اشاره کرد.

سازه‌های وافل در بین سایز سیستم‌های ساخت‌وساز نسبتا جدید هستند؛ اما با اینکه مدت زیادی از ورود آن‌ها به این صنعت نمی‌گذرد، با مزایایی بی‌شمار جایگاه خود را به خوبی پیدا کرده‌اند. با توجه به جدید بودن این سازه‌ها، طراحی، اجرا و نصب آن‌ها نیازمند نیروی کار متخصص و گروه ناظری است که به تمام جزئيات کار مسلط باشند. اگر برای مشاوره در ساخت سقف وافل یا دیگر اجزای ساختمان نیاز به اطلاعات تکمیلی داشتید، می‌توانید با همکاران ما در سهند سازه بتن در تماس باشید.

طراحی سازه‌ از نوع وافل را می‌توان تحول مثبتی در زمینه ساخت‌وساز و در راستای حفظ محیط‌زیست دانست. استفاده از این سازه‌ها علاوه بر اینکه ایمنی ساختمان‌ها و بناها را افزایش خواهد داد، از هدر رفتن منابع نیز جلوگیری می‌کند و هزینه‌های شما را پایین خواهد آورد.

خدمات اجرای سقف وافل