طراحی سازه فلزی و عوامل موثر بر آن

سازه فلزی امروزه به یکی از پرکاربرد ترین سازه ها در زمینه ساخت و طراحی انواع ساختمان ها و بناهای مسکونی و تجاری تبدیل شده است. به طور کلی استفاده از این سازه ها سبب می شود که ساختمان و بنای مورد نظر در مدت زمان کمتری ساخته و قابل استفاده شود. به طور کلی سازه های فلزی به گونه ای طراحی می شوند که دوام بسیار بالایی داشته باشند و فضای بیشتری را در اختیار ساکنین قرار دهند. از طرفی طراحی این نوع از سازه های ساختمانی به گونه ای است که در برابر زلزله از خود مقاومت نشان دهد. همانطور که مشخص است در ساختار این سازه ها عمدتا از فلز استفاده می شود. به این ترتیب در این سازه ها میزان تخریب و پرت مواد و مصالح ساختمانی به طور چشمگیری کاهش پیدا کرده و در نتیجه میزان هزینه های ناشی از خرید مصالح کاهش پیدا کند. اما چند نوع سازه فلزی وجود دارد؟ در طراحی سازه فلزی باید به چه نکاتی توجه گردد؟

مزایای طراحی سازه فلزی:

• پایداری و استحکام بالا: سازه‌های فلزی به دلیل مقاومت ذاتی فلز در برابر تنش و فشار، از پایداری و استحکام بالایی برخوردارند.
• وزن سبک: در مقایسه با مصالح سنتی مانند بتن و آجر، سازه‌های فلزی وزن سبک‌تری دارند که این امر منجر به کاهش هزینه حمل و نقل و نصب می‌شود.
• قابلیت انعطاف‌پذیری: تنوع در شکل و ابعاد قطعات فلزی، امکان طراحی سازه‌های پیچیده و متنوع را فراهم می‌کند.
• سرعت ساخت بالا: با توجه به پیش‌ساخته بودن قطعات فلزی، سرعت ساخت و ساز به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد.
• قابلیت بازیافت: فلزات به طور کامل قابل بازیافت هستند و این امر مزیت زیست‌محیطی این نوع سازه‌ها به شمار می‌رود.

معایب طراحی سازه فلزی:

• هزینه بالا: در مقایسه با مصالح سنتی، قیمت فلزات عموماً بالاتر است.
• حساسیت به خوردگی: فلزات در معرض خوردگی و زنگ‌زدگی هستند که نیاز به مراقبت و نگهداری دوره‌ای دارند.
• هدایت حرارت: فلزات به راحتی گرما و سرما را هدایت می‌کنند که می‌تواند منجر به اتلاف انرژی در ساختمان شود.
• تأثیر بر میدان مغناطیسی: سازه‌های فلزی می‌توانند بر میدان مغناطیسی زمین تأثیر بگذارند که در برخی موارد، مشکلاتی را ایجاد می‌کند.

نکات کلیدی در طراحی و اجرای سازه فلزی:

• جوشکاری: کیفیت و دقت در جوشکاری از عوامل بسیار مهم در پایداری و استحکام سازه فلزی است.
• انتخاب مصالح: استفاده از فلزات با کیفیت بالا و مقاوم در برابر خوردگی، عمر مفید سازه را افزایش می‌دهد.
• طراحی دقیق: محاسبات دقیق و طراحی اصولی، از بروز مشکلات و ناپایداری در سازه جلوگیری می‌کند.
• نظارت بر اجرا: نظارت دقیق بر مراحل اجرا، تضمین‌کننده کیفیت و صحت انجام کار است.
• نگهداری و تعمیرات: بازرسی دوره‌ای و انجام تعمیرات به‌موقع، از بروز مشکلات و خرابی در سازه جلوگیری می‌کند.

انواع سازه فلزی

به طور کلی سازه های طراحی شده کاربری های گوناگونی داشته و هر یک به منظور خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه به بیان ویژگی های هر یک از این سازه ها خواهیم پرداخت.

سازه های فلزی قاب بندی شده

به طور کلی این نوع از سازه ها با توجه به ویژگی هایی که دارد عمدتا برای ساختمان های تجاری و اداری مورد استفاده قرار می گیرد. در این سازه عمدتا عضو هایی عمود بر یکدیگر مورد استفاده قرار گرفته و از طریق اتصالات به یکدیگر متصل می گردند. به جرات می توان گفت که این نوع از سازه ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

سازه های فلزی پوسته ای

نوع دیگری از سازه های فلزی، سازه فلزی پوسته ای است. به طور کلی از این نوع از سازه های فلزی عمدتا برای ساخت مخازن ذخیره سیالات گوناگون و نیز مخازن تحت فشار استفاده می شود.

سازه های فلزی معلق

عمدتا در طراحی این نوع از سازه های فلزی یک سازه قاب بندی شده توسط سیم های بکسل محکم نگه داشته می شود. به دلیل ویژگی هایی که این نوع از سازه های فلزی دارند، عمدتا از آن ها در طراحی و ساخت انواع پل های فلزی استفاده می شود.

سازه های خرپایی

نوع دیگری از سازهای فلزی رایج، سازه های خرپایی هستند. عمدتا در این نوع از سازه ها تیر ها و اتصالات به گونه ای به یکدیگر متصل می گردند که یک مثلث را ایجاد کنند. در واقع سازه های خرپایی به گونه ای طراحی می شوند که نیرو موجود بر سطح مورد نظر، بین اعضا تقسیم گردد. به طور کلی اعضای به کار رفته در سازه های خرپایی به صورت عضو دو نیرویی هستند و تنها قادر به تحمل نیرو های فشاری و کششی هستند.

طراحی سازه فلزی

به طور کلی در طراحی سازه های فلزی عوامل گوناگونی باید مورد بررسی قرار گیرد. هر یک از این عوامل جنبه های مختلفی از ساختمان مورد نظر را در بر می گیرند. از جمله عوامل مهم در طراحی یک سازه فلزی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نوع مقطع
• متریال به کار رفته
• مهاربندی ها
• فاصله تکیه گاه ها
• اندازه دهانه های سقف
• نوع سیستم صلب کننده و محل قرار گیری آن
• قیمت تمام شده سازه فلزی
• محاسبه فولاد استفاده شده در سازه مورد نظر

مهاربندها و نقش آن ها در طراحی سازه فلزی

به طور کلی مهاربندها سبب می شوند که ساختمان ها در برابر نیروهای افقی استاتیکی و یا دینامیکی مقاوم شوند. عمدتا استفاده از این روش سبب می شود که مقاومت ساختمان در برابر زلزله به طور قابل توجهی افزایش پیدا کند. به طور کلی به منظور مهار قاب های فلزی به کار رفته در ساختمان ها از روش های زیر استفاده می شود:

• استفاده از سیستم های قاب صلب
• استفاده از دیوار های بتنی
• استفاده از قاب های بادبندی

محاسبه حجم فولاد استفاده شده در سازه فلزی

همانطور که گفته شد، عمده متریال به کار رفته در ساختمان ها فلز است. ستون ها، قاب ها، اتصالات و بسیاری از پارامتر های دیگر از فلز تولید شده است. به طور کلی حجم فولاد استفاده شده به نیروی وارده بر سازه، تعداد طبقات، نوع سیستم سازه، ضخامت سقف در هر طبقه و بسیاری از عوامل دیگر بستگی دارد. عمدتا محاسبه حجم فولاد به کار رفته به افراد کمک می کند که میزان هزینه های ناشی از سازه های فولادی را تخمین بزنند.

محاسبه قیمت سازه های فلزی

به طور کلی قیمت از جمله مهمترین پارامترهایی است که در هنگام طراحی سازه فلزی باید به آن توجه گردد. علاوه بر موارد ذکر شده در بالا پارامتر های دیگری نیز در قیمت تمام شده سازه های فلزی تاثیر گذار است که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تعداد نیروی کار مورد استفاده
• متراژ و مساحت زمین مورد نظر
• هزینه های ناشی از عملیات نازک کاری ساختمان
• هزینه های ناشی از تاسیسات تهویه مطبوع به کار رفته در ساختمان
• محاسبه هزینه مصالح مورد استفاده در ساختمان ها
• محاسبه هزینه ناشی از تغییرات به وجود آمده در ساختمان در اثر تغییر در نقشه و ساخت بهتر ساختمان