بهینه سازی ساختمان و 10 راه حل عملیاتی برای کاهش وزن سازه

بهینه سازی ساختمان چیست؟

همان‌گونه در مقاله بهینه سازی سازه فولادی به آن اشاره شد، بهینه سازی ساختمان اهدافی فراتر از كاهش مصرف مصالح دارد. دستیابی به حداكثر مقدار ایمنی در مواجه با بلاهای مختلف نظیر زلزله، مهم‌ترین و اصلی‌ترین هدفی است كه مهندسان سازه در بهینه سازی ساختمان به دنبال آن هستند. در سراسر كره زمین گسل‌های بی شماری وجود دارد كه برخی از آن‌های فعال و برخی دیگر فعلا خطری ندارند. حركت این گسل‌های فعال منجر به ایجاد زلزله و خسارت‌های جبران ناپذیری می‌شود. بنابراین یكی از موثرترین راه‌ها برای كمتر كردن این خسارت‌ها، بهینه سازی ساختمان است.
به عنوان یك جمع بندی كلی، بهینه سازی ساختمان نتایج زیر را به دنبال خواهد داشت:

• كاهش مصرف مصالح
• كاهش وزن ساختمان
• افزایش متراژ قابل استفاده در ساختمان
• كاهش هزینه تمام شده ساخت
• افزایش ایمنی سازه
• بهبود عملكرد ساختمان در برابر زلزله

برای استعلام قیمت روز میلگرد کلیک کنید.

انواع سیستم سازه

به تمام اعضای یك سازه كه در برابر نیروهایی كه به آن وارد می‌شود مقاومت می‌كند، سیستم سازه می‌گویند. نیروهای وارد به سازه به دو بخش بار ثقلی یا عمودی و بار جانبی یا افقی تقسیم‌بندی می‌شوند. استفاده از هر كدام از سیستم‌های سازه برای مقابله با این نیروها می‌باشد.
براساس استاندارد ۲۸۰۰ یا آیین نامه ایمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله، سیستم‌های سازه در ۴ گروه طبقه‌بندی می‌شوند:

سیستم دیوار باربر

در این نوع از سیستم‌ها، باربری به عهده دیوارها و قاب‌ها می‌باشد. در سیستم دیوار باربر قاب‌های ساختمانی یا به عبارتی تیر و ستون وجود ندارد. این گروه از سیستم‌ها برای مكان‌هایی كه نیروی زلزله وجود ندارد و ساختمان‌های كمتر از ۳ طبقه استفاده می‌شود.

سیستم قاب ساختمانی

سیستم قاب ساختمانی از از جمله پركاربردترین سیستم سازه می‌باشد. سهولت در اجرا و طراحی ساده منجر به كاربرد گسترده آن شده‌است. در سیستم قاب ساختمانی، نیروهای جانبی به كمك دیوار یا مهاربند مهار می‌شود. به بیان دیگر نیروهای ناشی از زلزله ابتدا به مهاربند و دیوار و سپس به ستون و پی منتقل می‌گردد. برای افزایش اطلاعات خود درباره مهاربند بر روی لینك كلیك كنید و مقاله موجود در وبلاگ آیرومارت را مطالعه كنید. توجه كنید كه سیستم قاب ساختمانی برای ساختمان‌های ۳ تا ۷ طبقه مناسب می‌باشد.

سیستم قاب خمشی

استفاده از این نوع سیستم كه از تیر و ستون تشكیل شده، در سرتاسر دنیا رواج دارد. چرا كه این سیستم به معماران این اجازه را می‌دهد تا سبك‌های متفاوتی را بتوانند اجرا كنند. مقاومت در برابر نیروهای جانبی بر عهده تیرها خواهد بود. زیبایی و جذابیت این سیستم موجب شده تا از ساختمان یك طبقه تا ساختمان‌های با ارتفاع زیاد كاربرد داشته باشد. البته لازم به ذكر است كه تیرها در این نوع سازه پس از زلزله احتمال خرابی زیادی دارند. تیرهای مورد استفاده در آن قابلیت استفاده مجدد نخواهند داشت.

سیستم دوگانه یا تركیبی

به سیستم حاصل از تركیب قاب خمشی با دیوار برشی یا مهاربند، سیستم دوگانه یا تركیبی می‌گویند. این نوع سازه‎ها برای استحكام ساختمان‌های بیش از ۱۵ طبقه در برابر نیروهای جانبی كاربرد دارد. سیستم تركیبی در مقایسه با سایر سیستم‌ها، از مقاومت بسیار بالایی برخوردار است.

۱۰ راه‌ برای بهینه سازی ساختمان

حال كه با انواع سیستم‌های سازه آشنا شدید، باید این موضوع را بررسی كنیم كه چگونه می‌توان در جهت بهینه سازی ساختمان اقدام كرد. در بهینه سازی ساختمان آنچه بیش از همه اهمیت دارد، تجربه طراح است. در واقع در یك سازه متغیرهای متعددی مثل ابعاد مقاطع با مقدار آن‌ها وجود دارد. اینكه بهینه‌سازی در كدام بخش به بهینه سازی ساختمان كمك می‌كند، به تجربه طراح سازه برمی‌گردد.

در ادامه چند راه حل برای بهینه سازی ساختمان بررسی خواهد شد:

۱. در صورتی كه اجزای مورد استفاده در سازه در برابر نیروها مقاومت مناسبی از خود نشان نمی‌دهند، باید مقدار آرماتورها را افزایش داد. این افزایش مقدار تا حداكثر مقدار مجاز می‌تواند ادامه داشته باشد. اما باید توجه داشت اجرای آرماتور دشوار بوده و غالبا این روش پیشنهاد نمی‌شود. با کلیک بر روی آرماتوربندی چیست، با نکات اجرایی آن آشنا خواهید شد.

۲. برای سازه‌ها و ساختمان‌های بلند، استفاده از مصالح و مقاطعی که مقاومت بالایی دارند به بهینه سازی ساختمان کمک می‌کنند.

۳. یک طراحی منظم در بهینه سازی نقش به سزایی دارد. طراحی منظم از ذهن و طرز تفکر طراح نشات می¬گیرد.

۴. یکی از مواردی که به بهینه سازی ساختمان بسیار کمک می‌کند، مطالعه موقعیت منطقه به لحاظ زلزله شناسی است. همان¬گونه که پیشتر به آن اشاره شد، برخی از گسل¬ها در حال حاضر غیر فعال هستند اما امکان فعال شدن آن‌ها در آینده وجود دارد. گرچه فرایند مطالعه در این زمینه ممکن است هزینه‌بر باشد و از این منظر طرح را غیر اقتصادی جلوه دهد، اما در نهایت بسیار سودمند خواهد بود.

۵. در ساخت ساختمان‌های کوتاه و متوسط از سیستم قاب ساختمانی با مهاربند و در ساختمان‌های بلند از سیستم دوگانه استفاده کنید.

۶. مركز جرم ساختمان، نقطه‌ای است كه بیشنر اعضای سازه در آن نقطه متمركز هستند. به نقطه‌ای كه نیروی زلزله به آن وارد می‌شود نیز مركز سختی می¬گویند. با تغییر ابعاد اعضای سازه مثل تیرها، مركز سختی جابه‌جا خواهد شد. فاصله‌ی بین مركز سختی و مركز جرم منجر به ایجاد پیچش در ساختمان می‌شود. این پیچش در حقیقت به بی نظمی سازه ختم می‌گردد. بنابراین با نزدیك كردن مركز جرم و مركز سختی، می‌توان به بهینه سازی ساختمان كمك كرد.

۷. از دیگر مواردی كه در بهینه سازی ساختمان باید رعایت شود، تناسب هندسی مقاطع سازه‌ای مثل ستون‌ها و تیرها است. به طور مثال ممكن است یك مقطع با وزن بالا در مقایسه با مقطعی كه وزن و سطح مقطع بیشتری دارد، مقاومت كمتری داشته باشد.

۸. بهتر است برای اتصال بخش‌های مختلف فولادی از جوشكاری استفاده شود. این روش در مقایسه با اتصالات پیچی وزن كمتری را به سازه اضافه می‌كند.

۹. نحوه چیدمان ستون‌ها در بهینه سازی بسیار موثر است. در این مورد بسته به شرایط متفاوت عمل می‌كنند. گاهی حذف یك ستون و گاهی نزدیك كردن ستون‌ها به هم به بهینه سازی كمك می‌كند.

۱۰. خرپا سازه‌ای است كه نقش توزیع یكنواخت وزن، كنترل تنش و تراكم بدون خمش و برش را دارد. به همین دلیل استفاده از خرپا به از بین بردن خمش در تیر و ستون كمك كرده و از این طریق ساختمان بهینه می‌شود.

در این مقاله ۱۰ راه حل برای بهینه سازی ساختمان ارائه داده شد. به نظر شما چه راهکارهای دیگری به بهینه سازی ساختمان کمک می‌کند؟ نظرات خود را در بخش کامنت با ما به اشتراک بگذارید.
همچنین قیمت روز میلگرد آجدار را به عنوان پرکاربردترین انواع مصالح ساختمانی، با کلیک روی لینک قیمت میلگرد آجدار چک کنید.