معرفی سیستم های سازه ای ساختمان های بتن مسلح

مقدمه

در طبیعت سازه‌های تشکیل دهنده موجودات زنده نسبت به اندازه آن ها تغییر می کند. به طور مثال سازه شکل دهنده یک حیوان بزرگ همچون فیل اساسا از سگ و یا پشه متفاوت است. اگرچه که برخلاف این تفاوت هاش آشکار، تا حدود میانه قرن هفدهم، دانشمندان بر این عقیده بودند که این امکان وجود دارد تا سازه های بزرگتری را به سادگی با تکثیر شاکله و تناسب سازه های کوچکتر ساخت. قاعده ای غالب بیان می کند که اگر نسبت بین المان های سازه در سازه های بزرگتر مشابه با نسبت های مشابه در سازه های کوچکتر باشد، دو سازه به صورت مشابه رفتار می کنند. در سال 1638 گالیله اولین دانشمندی بود که این اصل را با استناد به سازه های جان دار و بیجان تکذیب کرد، بنابراین ایده اندازه نهایی سازه را فرمول بندی کرد. او به صورت شفافی، اثر خود وزنی را بر روی کارامدی سازه تشخیص داد. از این پس این قواعد توسعه پیدا کردند، و مهندسین تشخیص دادند که مقیاس های متفاوت نیازمند سازه های متفاوتی هستند.

به طور مثال، در زمینه مهندسی پل شناخته شده است که برای بازدهی بیشینه هر نوع از سازه پل، ابعاد دهانه دارای حدود بهنیه حد بالا و پایین است. نهایتا، دهانه های بسیار بزرگ  موجود در زمان حاضر در بازه بیشینه  1281m با محدودیت های قابل پیش بینی در بازهای تا 3048m نیازمند یک سیستم کاملا متمایز است، همچون سازه‌های کابلی معلق، تا پروژه بتواند از لحاظ اقتصادی امکان پذیر باشد.

به طور مشابه، مهندسی سازه ساختمان‌های بلند نیازمند استفاده از سیستمهای متفاوت برای ارتفاع های متفارت ساختمان است. هر سیستم دارای محدوده ارتفاعی اقتصادی است که فراتر از آن سیستم متفاوتی مورد نیاز است. الزامات این سیستم ها و محدوده آن ها نسبتا غیر دقیق است، به این دلیل که نیازی و مطالبه ای که از سازه انتظار رفته و بر آن تحمیل می شود، به طور چشمگیری بر این سیستم ها تاثیر می گذارد. اگرچه که، دانش سیستم های متفاوت سازه ای، محدوده تقریبی کاربرد آن ها، و ارزشی که از توسعه محدوده آن ها نتیجه می شود برای حل موفقیت آمیز پروژه های ساختمان های بلند اجتناب ناپذیر است، به این دلیل که ماهیت بهینه سازی در مهندسی اقتضا می کند که مفاهیمی که در گذشته با موفقیت استفاده شده است در پروژه های مشابه تکرار گردد. 

این مهم کاملا قابل درک است زیرا که نه تنها روش های تحلیل این سیستم های به خوبی تایید شده است بلکه توجیه اقتصادی نیز دارد. خوشبختانه، در طراحی سازه های بلند، مهندس سازه تابع ایستایی و ملالتناشی از استفاده مکرر از یک ایده نیست. این مسئله مرهون آن است که معماران شاکله های جدید سازه ای و مفاهیم متهورانه و روند افزیشی ارتفاع ساختمان ها را با گذشت زمان، ارائه می کنند. می بایست ذکر شود که چالش های مهندسی به خوبی باقی می مانند، و در آینده نیز این چالش ها تشدید خواهند یافت.

در دنیای اقتصادی امروز، معماران و کارفرمایان به گروهی از متخصصین که نگاه بر دستاورد نهایی و نیاز به پلان های کارامد تر با نواحی قابل فروش بیشتر دارند،  ملحق شده اند. همان طور که در ده دهه گذشته مرسوم بود، دیگر مهندسین نمی توانند تنها یک یا دو راه حل سازه ای را ارائه کنند. حتی اگر سیستم های ارائه شده از نقطه نظر مهندس سازه بیشترین سازگاری را داشته باشند، از لحاظ ملاحظات تقسیم بندی فضا نمی توانند حالت مشابهی داشته باشند. بنابراین مهندس سازه باید بداند که بیشتر از یک راه برای حل مسائل وجود دارد. با یک ذهن باز می بایست برنامه ها و طراح های متفاوتی را در نظر بگیرد و با اعمال دانش موجود بر کاربردهای جدید به یک سری از  طراحی های مفهومی جدید تفکر و تعمق کند. معایب و مزایای هر طرح و برنامه نه تنها از نقطه نظر اقتصادی سازه بلکه از لحاظ مفهموم و سازگاری کلی پروژه نیز می بایست ارزیابی شود.

حین طرح اولیه، مهندس محاسب نباید بیش از حد نگران جزییات باشد، اما می بایست اجازه مسیر های بار کافی را در سازه بدهد تا از قوانین اجتناب ناپذیر طبیعت پیروی شود. تحلیل سازه قمست آسان کار است، به این دلیل که امروزه می توان به آسانی توسط کامپیوتر هر سازه ای را تحلیل نمود. قسمت دشوار قضیه طراحی است، به این دلیل که طراحی ادراک پدیده ای جدید است که پیش از آن وجود نداشته است. در مجموعه مطالبی که در حاضر در دست نگارش داریم، بازه ای بسیط از سیستم های سازه ای موجود برای مهندسی ساختمان های بتن مسلح کوتاه(low-rise)، متوسط(mid-rise)، بلند(high-rise)، خیلی بلند(بسیار بلند)(super-tall) و فرابلند(ultra-tall) بتن مسلح را بررسی می کنیم.

بتن مسلح که از قرن 19 شناخته شده است، مجموعه ای متعدد از سیستمهای سازهای را عرضه می کندکه در دسته بندی های متفاوتی طبقه بندی می شوند، که هر کدام مطابق با شکل 1 دارای بازه ای از ارتفاع کاربردی مختص به خود هستند. ارتفاع هر گروه، اگرچه که برای ساختمان های با ابعاد معمول منطقی است، می بایست برای کاربری های ویژه توسط عواملی نظیر هندسه ساختمان، شدت باد، درجه بندی خطر نسبی زلزله(در ASCE7 با  اختصار SDC  درجه بندی تعیین و طبقه بندی می شود.) حاکم بر ساختمان، ارزیابی شود.

شکل1- طبقه بندی های سیستم های سازه ای ساخمان های بتن مسلح

 SDC ارتفاع مجاز، سیستم سازه ای مجاز و نامنظمی، روش تحلیل، و الزامات طراحی فرمولاسیون ظرفیت جذب انرژی را تعیین می کند. در آِین نامه ASCE7-05، 6 SDC شامل A،B،C،D،E و F به ساختمان ها تخصیص یافته است که A کمترین و F شدید ترین درجه است. برای ساختمان های درجه بندی شده در SDC A ، سیستم های نشان داده شده در شکل 1  و هر سیستم دیگری که دارای مسیر بار مشخص و کافی برای بارهای ثقلی و جانبی داشته باشد تحت الزامات این آیین نامه بدون محدودیت ارتفاع، مجاز است. این روند برای ساختمان های درجه بندی شده در SDC B نیز صادق است. با این تفاوت که سیستم های ستون کنسولی دارای قاب خمشی ویژه، متوسط و معمولی محدود به ارتفاع 10.68m می شوند.  

 دپارتمان سازه سامانه کارگشا

مطلب مورد تایید انجمن (ICC(International code council می باشد.

برای بهره مندی از خدمات محاسبات و طراحی سازه های بتنی می توانید به وبسایت اتوسازه مراجعه کنید.