آشنائی با علم مهندسی سازه

مهندسی سازه (به انگلیسی: Structural engineering) بخشی از مهندسی عمران و مهندسی هوافضا است. در مهندسی عمران، مهندسی سازه در مورد سازه‌های انتقال بار از اجزاء یک ساختمان یا بنا به محل تکیه‌گاهی آن‌ها مانند پی سازه صحبت می‌کند. مهندسی سازه گرایشی از مهندسی است که با طراحی سیستم‌های سازه‌ای به هدف تأمین باربری و ایجاد مقاومت در برابر نیروهای گوناگون وارد بر سازه سروکار دارد. مهندسی سازه عمدتاً با طراحی ساختمان‌ها و سازه‌های غیرساختمانی سر و کار دارد و همچنین نقش ضروری ای در طراحی ماشین آلات، در جاهایی که یکپارچگی سازه‌ای بر روی ایمنی و اطمینان‌پذیری ماشین تأثیر دارد، بازی می‌کند. طراحی بسیاری از ساخته‌های دست بشر، از مبلمان تا تجهیزات پزشکی، از خودرو و … نیاز به حضور مهندس سازه دارد.

تاریخچه مهندسی سازه با آغاز یک جا نشینی بشر آغاز شد. اولین تاریخچه مدون مهندسی سازه با ساخت اهرام پله‌ای در مصر توسط آمون هوتپ، که اولین مهندسی که با نام شناخته می‌شود بازمی‌گردد. در این دوره سازه‌های عظیمی چون اهرام در مصر، زیگورات چغازنبیل و پارسه (تخت جمشید) در ایران نام برد.

نظریه مهندسی سازه

نظریه مهندسی سازه بر اساس قوانین فیزیکی اعمال شده و دانش تجربی از عملکرد ساختاری مواد و هندسه‌های مختلف است. در طراحی مهندسی سازه از تعدادی مفاهیم ساختاری نسبتاً ساده برای ساخت سیستم‌های پیچیده ساختاری استفاده شده است. مهندسان سازه وظیفه استفاده خلاقانه و کارآمد از بودجه، عناصر ساختاری و مواد را برای دستیابی به این اهداف دارند.

قدمت مهندسی سازه

قدمت مهندسی سازه به سال ۲۷۰۰ قبل از میلاد برمی‌گردد. اهرام متداول‌ترین سازه‌های اصلی ساخته شده توسط تمدن‌های باستان بودند زیرا شکل ساختاری هرم ذاتاً پایدار است و می‌تواند تقریباً به طور بی‌نهایت مقیاس‌بندی شود (در مقایسه با اکثر اشکال ساختاری دیگر که نمی‌توان به طور خطی اندازه آنها را متناسب با افزایش بارها افزایش داد).

ثبات ساختاری هرم، درحالی‌که اساساً از شکل آن دست می‌آید، همچنین به مقاومت سنگی که از آن ساخته شده است و توانایی آن برای تحمل وزن سنگ بالای آن متکی است. بلوک‌های سنگ آهک اغلب از معادن نزدیک محل ساختمان گرفته می‌شوند و دارای مقاومت فشاری از ۳۰ تا ۲۵۰ مگاپاسکال هستند MPa = 106 Pa Pa بنابراین، مقاومت ساختاری هرم بیش از هندسه هرم، از خصوصیات ماده جنگ‌هایی که از آن ساخته شده‌اند، ناشی می‌شود.

طراحی سازه‌های فولادی

انتخاب و طراحی سازه اصلی بخشی اساسی از طراحی مفهومی ساختمان‌ها است و در حالت ایده‌آل باید با توسعه طراحی معماری ادغام شود. پاسخگویی به مشتری، الزامات برنامه‌ریزی و مقررات ساختاری از اهمیت بالاتری برخوردار است، اما طیف وسیعی از اشکال سازه‌ای وجود دارد که این الزامات را برآورده می‌کنند، هرکدام مزایای خاص خود را دارند. محاسن اشکال مختلف سازه‌ای باید در برابر الزامات سازه بررسی شود.

ملاحظات کلیدی عبارت‌اند از:

• هزینه و سرعت ساخت
• ارتفاع ساختمان و نسبت قطعه
• انعطاف‌پذیری و سازگاری در آینده
• محدودیت‌های سایت از جمله شرایط زمینی
• نیاز به تنظیمات ساختاری ویژه در فضاهای عمومی یا مناطق گردش خون
• شبکه‌های کف و هماهنگی بعدی با شبکه برنامه‌ریزی
• عمق ساختاری (سقف تا سطح کف)
• استراتژی سرویس‌دهی و هماهنگی و تلفیق آن با ساختار (به‌صورت افقی و عمودی)
• بارگذاری کف
• مقاوم در برابر آتش
• الزامات پایداری

عناصر اصلی ساختمانی یک ساختمان چندطبقه معمولی شامل کف، تیرها و ستون‌ها است. طیف گسترده‌ای از اشکال و آرایش‌های جایگزین را می‌توان در سازه‌های فلزی چندطبقه با قاب استفاده کرد تا مزایای این موارد را به دست آورد.

داینامیک سازه

داینامیک سازه نوعی تحلیل سازه‌ای است که رفتار سازه‌ای را که تحت بارگذاری دینامیکی قرار گرفته است (اقداماتی با شتاب بالا) پوشش می‌دهد. بارهای دینامیکی سازه شامل افراد، باد، امواج، ترافیک، زمین‌لرزه و انفجار است. هر سازه‌ای می‌تواند تحت بارگذاری داینامیک سازه قرار گیرد. از تجزیه‌وتحلیل داینامیک سازه می‌توان برای یافتن جابه‌جایی‌های دینامیکی، تاریخچه زمانی و تجزیه و تحلیل مد استفاده کرد..

مهندس محاسب

علوم و مهندس محاسبات (CSE) یک‌رشته نسبتاً جدید است که با توسعه و استفاده از مدل‌ها و شبیه‌سازی‌های محاسباتی، اغلب همراه با محاسبات با کارایی بالا، برای حل مشکلات پیچیده فیزیکی ناشی از تجزیه‌وتحلیل و طراحی مهندسی (مهندس محاسب) نیز سروکار دارد. به‌عنوان پدیده‌های طبیعی (علوم محاسباتی). CSE به‌عنوان “روش سوم کشف” توصیف شده است (در کنار تئوری و آزمایش).

طراحی سازه چیست؟

طراحی سازه به زبان ساده یعنی طراحی المان‌های یک سازه (ستون، تیر، دیوار برشی، مهاربند و …) برای رسیدن به مقاومت موردنیاز.

تعریف طراحی سازه:

به یک ساختار مهندسی (ثابت) که به طور جداگانه از دیگر ساختارها قابل تشخیص باشد یک سازه می‌گویند.

شما برای طراحی کردن المان‌های سازه باید با مفاهیم اولیه آن مفاهیمی مانند استاتیک، مقاومت مصالح، دروس بتن و فولاد، بارگذاری آشنا باشید .

گام‌های طراحی سازه

• پس از طراحی معماری ساختمان و تأیید نهایی پلان‌های ساختمان این پلان‌ها در اختیار مهندس سازه قرار می‌گیرد تا سازه‌ای مناسب و بهینه را طراحی کند.
• -تعیین جنس سازه (بتن /فولاد / مرکب /…)
• پس از این مرحله اولین گام مهندس سازه تعیین سیستم مقاوم در برابر زلزله می‌باشد (قاب مهاربندی/ قلب خمشی/ سیستم ۲گانه و…)
• گام بعدی نحوه جانمایی تیرها و (در صورت نیاز مهاربندها/دیوار برشی) می‌باشد.
• گام بعد بارگذاری سازه می‌باشد
• طراحی سازه با استفاده از نرم‌افزارهای مربوط (ETABS&SAFE)
• خروجی گرفتن نقشه‌های اجرایی فاز ۲

منبع : سقف متحرک ساینا