مقاله انواع سازه های ساختمان

تعریف ساختمان: در حالت کلی به هر چیزی که ساخته می شود ساختمان می گویند ولی در این بخش منظور از ساختمان منظور بناهای ساخته شده با مصالح بنایی ( آهن – سیمان – گچ – آجر و غیره ) است ، شاید بتوان گفت:یك ساختمان خوب از نظر ما: مفید،قابل استفاده ،زیبا ودلنشین،راحت وآرام بخش،محكم وبادوام است.اقتصادی و كم هزینه بوده ،با نیازهای روحی و جسمی استفاده كننده ،زمین وشرایط محیطی هماهنگ است.
انواع ساختمان
الف) از نظر مصالح مصرفی: اسکلت بتنی - اسکلت فلزی – آجری - خشتی و گلی
ب)از نظر کاربرد مصرف:مسکونی – اداری – تجاری - آموزشی - بیمارستان - انبارها - ورزشگاه...
از نظر مصالح مصرفی
1- ساختمان های اسکلت بتنی:
اسکلت این نوع ساختمان ها (تیرهای اصلی و ستون ها) از بتن مسلح (بتن آرمه) با فرمول ترکیبی به قرار زیر ساخته می شود
فولاد (به صورت میلگرد ساده و یا آجدار) سیمان + آب + ماسه + شن = بتن آرمه
سقف این نوع ساختمان ها به صورت تیرچه بلوکی و یا به صورت بتن آرمه اجرا می گردد.
معایب:
ساخت آن زمان زیاد می برد – سنگینی وزن بتن (افزایش بار مرده) و ...
محاسن:
عمر طولانی (بتن 28 روزه 90% مقاومت خود را بدست می آورد و 10 % باقی مانده در 20 تا 25 سال بدست می آید)
مقاومت در مقابل نیروهای (کششی – فشاری و...) مقاومت در برابر آتش سوزی و ...
بارمرده ساختمان شامل بارهای ثابت و غیرقابل جابجایی ساختمان مانند بارهای سقف و تیر و ستون و... می باشد و بار زنده در ساختمان شامل بارهای قابل جابجایی (متحرک) ساختمان مانند میز، صندلی ، انسان و.. می باشد.
از انواع آجر سفال های تیغه ای، قطعات گچی و یا چوب دیوارهای بتن آرمه جهت ایجاد پارتیشن ها ( دیوارهای جداکننده) استفاده می شود.
2- ساختمان اسکلت فلزی: اسکلت این نوع ساختمان ها (پل ها و ستون ها) از پروفیل های فولادی بوده و اتصالات آن معمولاً از جوش یا پیچ و مهره استفاده می شود.
سقف این نوع ساختمان ها به صورت تیرچه بلوکی و دال بتونی یا به صورت طاق ضربی استفاده می شود.
معایب:
1- زنگ زدگی در برابر رطوبت
2- در برابر آتش سوزی های شدید تغییر شکل می دهد و ....
3-جوش نامناسب : در ساختمانهای فلزی اتصال قطعات به همدیگر با جوش ، پرچ ، پیچ صورت میگیرد . استفاده از پیچ و مهره وتهیه ، ساخت قطعات در کارخانجات اقتصادی ترین ، فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهای متداول چنین امکاناتی مهیا نیست . اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفاده از ماشین آلات قدیمی ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایش جوش و ...برزگترین ضعف میباشد.
محاسن:
1- ساخت (اجرای) اسکلت سریع صورت می گیرد
2- فضای کمتری اشغال می کنند و ...
سقف این نوع ساختمان ها به صورت تیرچه بلوک و یا طاق ضربی اجرا می شود.
اتصالات اسکلت فلزی در ایران به وسیله ی جوش انجام می شود و در برخی کشور ها از پیچ ومهره استفاده می کنند.
در اتصالات اسکلت فلزی از تسمه و نبشی و در اتصالات زیر ستون از پلیت PL یا صفحه ی فولادی استفاده می کنند.
از انواع آجر، سفال های تیغه ای، قطعات گچی و یا چوب جهت ایجاد پارتیشن ها (دیوارهای جداکننده) استفده می کنند.
توجه: در ایران ستون ها را معمولاً از تیرآهن های INP و IPE به صورت دوبل و یا تیر آهن های بال پهن IPB و یا قوطی به صورت تکی استفاده می کنند.
سازه های فلزی پیچ ومهره ای دارای سرعت انجام اجرای بسیاربالا ومقاومت زیادتری نسبت به اتصالات جوشی دارد.ازآنجاییکه هنوز استاندارد دقیق وکاملی نسبت به اتصالات جوشی وجود ندارد
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله هاى اخیر مانند زلزله هاى منجیل و بم ، احتمال جدى وقوع زمین لرزه هاى بزرگ در بیشتر مناطق پر جمعیت كشور و نیاز جدى به اعمال كنترل كیفى در طراحی و اجرای ساختمانها، متاسفانه هنوز توجه كافی به ساخت و ساز صحیح نشده است . از نظر علم مهندسى زلزله ، در حال حاضر ساخت بناهای مقاوم در برابر زلزله امكان پذیر است ، لیكن عملا به دلیل یكسری مشكلات اجرائی رسیدن به ساختمانهای مقاوم تضمین نمی گردد
یکی از مهمترین وظایف بازرس یا تیم کنترل کیفی جوش، ارزیابی حقیقی جوشها به منظور بررسی مناسب بودن آنها در شرایط بهره برداری و در واقع تعیین هر گونه کمبود و نیز نامنظمی در جوش یا قطعه جوشکاری شده که عموما ناپیوستگى نامیده میشود میباشد. در حالیکه یک ناپیوستگى، هر گونه اختلال در ساختار یکنواخت را بیان می کند، یک عیب ناپیوستگى وپژه است که مناسب بودن سازه یا قطعه را زیر سئوال می برد. شکل ناپیوستگى را میتوان به دو گروه کلی خطی و غیر خطی تقسیم نمود. ناپیوستگى هاى خطی طولی به مراتب بیش از پهنا دارند. زمانیکه در جهت عمود بر تنش اعمالى قرار گیرند، یک ناپیوستگى خطی نسبت به غیر خطی شرایط بحرانی تری را ایجاد می کند، چرا که احتمال اشاعه و در نهایت تخریب آن بیشتر خواهدبود.
مشكل اصلی آسیب پذیرى لرزه ای ساختمانها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران ، عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد. دستورالعملهای اتصالات جوشكاری شده و ضوابط طراحی ساختمانهای فولادی، گاهی در طراحی و اجرا سهل انگاری میشود. لذا بایستی سطح معلومات فنی این افراد افزایش یافته و نیز مكانیزمی براى اعمال قاطعیت اجرایی و كنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری كه حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئولیتها به درستی تقسیم گردد.
جوشها در همه بخشها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و كنترل كیفیت لازم بررسی گردد. در استاندارد 2800 ، آزمایشات اولتراسونیك و رادیوگرافى براى كنترل اتصالات جوشی قابهای خمشی ویژه اجباری شده است كه البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات حتی در ساختمانهای معمولی نیز باید انجام گردد. در این مقاله ، ضمن مروری بر عیبهای معمول جوشكاری در اجرای ساختمانهای فولادی، روشهای بازرسی و كنترل كیفیت جوش ارائه میگردد.
نتیجه گیرى
ساختمانهاى فولادى بخش قابل توجهى از ساخت و ساز در ایران را تشكیل می دهند و یكی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادى بویژه از نقطه نظر مقاومت لرزه اى، كنترل جوشكارى آن میباشد. جوشها در همه بخشها بایستى منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و كنترل كیفیت لازم بررسى گردد. در این خصوص حتى ممكن است در یك ساختمان فولادى كوچك به انجام آزمایشات غیر مخرب (NDT) بر روى جوش نیاز باشد. در استاندارد ، 2800، آزمایشات اولتراسونیك و رادیوگرافى براى كنترل اتصالات جوشى قابهاى خمشى ویژه اجبارى شده است كه البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات نیز انجام میگیرد.



2 - سازه بتنی یا فلزی ؟

سازه‌های بتن آرمه در مقابل سازه‌های فولادی معمولاً نیاز به هزینه کمتر و زمان بیشتری برای ساخت دارد؛ در حالی‌که سازه‌های فولادی ابتدا نیاز به سرمایه زیادی برای خرید آهن آلات دارد ولی در عوض شاهد سرعت اجرای بالاتری خواهیم بود. بنابراین در ساختمان‌های عادی کمتر از 6 طبقه در نهایت از این منظر تفاوت زیادی وجود ندارد.
در اسکلت‌های فولادی حتماً باید تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجرا کرد. به عبارت دیگر اول باید تیر و ستون‌هایی وجود داشته باشد تا بتوان روی آن سطحی به نام سقف یا همان کف اجرا کرد. در حالی‌که در سازه‌های بتن آرمه ابتدا ستون‌های هر طبقه و سپس سقف همان طبقه که خود مشتمل بر تیر‌ها و کف یکپارچه‌تری نسبت به سازه‌های فولادی است اجرا می‌شود.
مزیت این روش نسبت به روش اول آن است که می‌توان طبقه مورد نظر را سریعتر برای اجرای دیگر مراحل از جمله تیغه چینی، اجرای تأسیسات مکانیکی و برقی و... در اختیار سایر پیمانکاران قرار داد که خود موجب تسریع در روند طرح خواهد بود.
ولی به‌طور کلی زمان اجرای سازه‌های فولادی در مقیاسهای بزرگ تا حدودی کوتاه‌تر از سازه‌های بتن آرمه و هزینه‌های سازه‌های بتن آرمه کمتر از سازه‌های فولادی است که هر سازنده‌ای با توجه به شرایط و معیار‌های خود تصمیم‌گیرنده اصلی است.
حال با فرض وجود شرایطی کاملاً ایده‌آل، یعنی عدم‌وجود محدودیت زمان و هزینه‌ها، عامل سوم یعنی کیفیت سازه را بررسی می‌کنیم. کیفیت را می‌توان از جنبه‌های متفاوتی مانند مقاومت در برابر بارهای ثقلی وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانه‌های قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحی، قابلیت ترمیم آسان و... مورد نقد و بررسی قرار داد. با توجه به گستردگی و پیچیدگی مسئله، در اینجا فقط تصمیم‌گیری برای ساختمان‌های عادی را مورد توجه قرار می‌دهیم.
اولین و مهم‌ترین نکته قابل ذکر در این مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفی است. معمولاً هر چه اعضای باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اینرسی بالاتر از دید مهندسی داشته باشد، رفتار سازه‌ای مناسب‌تر است و هر چه مصالح مصرفی که در عرف ساختمان‌سازی‌ بتن یا فولاد هستند قابلیت تحمل نیروهای بیشتر را داشته باشند منجر به طراحی اعضای ظریف‌تری خواهند شد.
اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گیرند منجر به رسیدن به سختی و صلبیت بالاتری خواهند شد که جزء اصلی‌ترین آیتم‌های طراحی یک مهندس محاسب به شمار می‌روند.
در طراحی سازه‌ها، مقاومت بتن را 10 درصد مقاومت فولاد فرض می‌کنند بنابراین ابعاد ستون‌ها و تیرهای بتنی، به‌مراتب بیش از سازه‌های فولادی است. البته این ابعاد بزرگ اعضای بتنی، ممان اینرسی بسیار بالاتری نسبت به گزینه دیگر به ارمغان خواهند آورد که در نهایت سازه بتنی، سختی بالاتر و معمولاً رفتار سازه‌ای مناسب‌تری دارد.
« سازه‌های بتنی سنگین هستند.» در پاسخ به این ایراد باید گفت: ابعاد بزرگ سازه تا جایی مورد پذیرش یک مهندس است که منجر به سنگینی بیش از حد سازه نشود و با توجه به آنکه بحث ما در مورد سازه‌های عادی کمتر از 6 طبقه است تفاوت وزن اسکلت نیز آنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحی سازه فولادی بکشاند. این موضوع در بسیاری از سازه‌های عظیم نیز صادق است که برج 56 طبقه تهران نمونه بارزی از این دست است.
بحث زلزله که بحث داغ این روزهای تهران است می‌تواند جنبه دیگری از کیفیت مناسب یک سازه باشد. سازه‌های بتن آرمه عادی و به ویژه مجهز به دیوارهای بتنی به‌علت سختی بالا نسبت به سازه‌های فولادی در برابر زلزله، در بیشتر موارد مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند اما سازه‌های فولادی نیز می‌توانند همین رفتار را از خود نشان دهند مشروط برآنکه طراحی مناسبیداشته باشند.
نکته قابل تامل اینجا است که این رفتار به چه قیمتی به دست خواهد آمد؟ اگر طراحی، یک طراحی بدون نقص باشد، هم سازه فولادی و هم سازه بتن آرمه در چند ثانیه وقوع زلزله، با حداقل خسارت ممکن جان سالم به در خواهند برد. اما کار به اینجا ختم نخواهد شد و پس از زلزله‌های زیادی شاهد شکستگی لوله‌های گاز و وقوع آتش سوزی‌های مهیب بوده‌ایم که گاه از خود زلزله مخرب‌تر هستند.
با توجه به اینکه اطفاء حریق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نیست، ساختمان باید به گونه‌ایطراحی شود که تا چند ساعت متوالی بتواند آتش را با حداقل خسارات وارده تحمل کند. درسازه‌های بتن آرمه مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی وجود دارد، اما درسازه‌های فولادی درصورتی‌که تمهیدات ایمنی لازم در آنها صورت نپذیرد در چند دقیقه ابتدایی حریق، شاهد تخریب‌های بسیار سریع و غیرقابل جبران خواهیم بود که این مورد نیز مزیتی بسیار ارزشمند برای سازه‌های بتن آرمه به حساب می‌آید.
اما آنچه اکثر مهندسان را نسبت به سازه‌های بتن آرمه به شدت بد‌بین کرده، عدم‌قطعیت‌ها، یکنواخت نبودن مقاومت بتن و کم اطلاعی بسیاری از سازندگان از نحوه عمل‌آوری و به دست آوردن نتیجه‌ای مطلوب از این ماده است.
قابلیت اشتباه در تهیه بالقوه این نوع ماده در مقابل فولاد توجیه دیگری است که از سوی عده زیادی در مخالفت با بتن ارائه می‌شود، چرا‌که ممکن است حین عمل آوری، مقاومت فشاری کمتر از حد مورد نیاز به دست آید.
این گروه معتقدند جبران یک اشتباه در سازه‌های بتن آرمه در مواردی منجر به تخریب اجباری سازه می‌شود در حالی‌که فولاد در هر لحظه که سازنده اراده کند با هزینه‌ای به نسبت پایین قابل ترمیم و تقویت است
در پاسخ به این ایراد باید گفت این عدم‌قطعیت‌ها در آیین نامه‌ها با اعمال ضریب ایمنی بسیار بالایی پیش‌بینی شده تا جایی که در موارد زیادی شاهد مقاومتی چند برابر مقاومت مورد نیاز در ساخت این قبیل سازه‌ها هستیم.از سوی دیگر این عدم‌قطعیت کیفیت بتن در شالوده وسقف‌های سازه فولادی نیز وجود دارد و صرفاً متعلق به سازه‌های بتن آرمه نیست.
در نهایت باید بر این موضوع تاکید کرد که به‌طور کلی هم سازه‌های فولادی و هم سازه‌های بتن آرمه درصورتی که در طراحی آنها سیستم مناسب و منطبق بر آیین‌نامه‌های به روز، مورد استفاده قرار نگیرد و متخصصین متبحر آنها را اجرا و مهندسین با تجربه بر اجرای آنها نظارت مستمر نکنند، هیچ رجحانی از نظر کیفیت و قابلیت اطمینان بر دیگری ندارند.
فراموش نکنیم معیار چهارمی نیز در انتخاب وجود دارد؛ معیاری که 3 معیار هزینه، زمان و کیفیت را تحت سیطره خود قرار می‌دهد: فولاد به‌عنوان یک سرمایه ملی ماده‌ای است که ارزان به دست نمی‌آید و همانند نفت روزی تمام خواهد شد؛ ماده‌ای که باید در صنایع ارزشمندتر ‌ و یا حداقل در سازه‌های خاص که نیاز به ظرافت خاصی دارند و پس از بررسی‌های علمی برتری فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداری قرار گیرد تا شاهد رشد اقتصادی در دیگر زمینه‌هاباشیم.
به‌نظر نویسنده استفاده از سازه‌های بتن آرمه با توجه به مصرف به‌مراتب پایین‌تر از فولاد (به‌صورت میلگرد) هم از نظر سازه‌ای و هم از نظر اقتصادی و هم از جنبه ملی به‌مراتب مناسب‌تر و بهینه‌تر از سازه‌های فولادی است.