طراحی سازه چیست؟
طراحی سازه یا طراحی اسکلت فرایندی است که پیش از صدور جواز ساخت، توسط مهندسین و دفاتر طراحی سازه انجام می‌شود. سازندگان ساختمان یا تمامی طراحی چهار رشته مهندسی ساختمان شامل معماری، سازه، تأسیسات مکانیکی و تأسیسات الکترونیکی را به یک دفتر طراحی واگذار می‌کنند یا طراحی هر یک از چهار رشته را به دفاتر تخصصی مربوط به همان رشته واگذار می‌کنند. هرچند هرکدام از این دو روش دارای مزایا و معایبی است، با این وجود سازندگان حرفه‌ای غالباً روش دوم را انتخاب می‌کنند تا به کیفیت بالاتری در نقشه‌های اجرائی دست یابند. همچنین تنها یک تیم تخصصی طراحی سازه می‌تواند کار بهینه‌سازی ساختمان و تهیه نقشه‌های با کیفیت را به عهده بگیرد.
مراحل طراحی سازه
طراحی سازه از ۳ مرحله اصلی شامل برنامه ریزی، طراحی و ساخت عبور می کند.
1- مرحله برنامه ریزی در طراحی انواع سازه شامل بررسی مواردی است که الزامات و تجهیزات مورد نیاز و همچنین عوامل موثر بر طراحی را شامل می شود. در مرحله برنامه ریزی دقیقاً مشخص می شود که ابعاد سازه، طرح اولیه و شکل نهایی پروژه به چه صورت خواهد بود. در مراحل برنامه ریزی قبل از طراحی سازه، مهندسان، راهکارهای احتمالی و همچنین راهکارهای جایگزین را پیشنهاد می‌دهند این مسائل با توجه به ساختار اصلی سازه معرفی می شود.
توجه به مسائل زیبایی شناسی، متناسب بودن طرح سازه با فرهنگ و آداب و رسوم جامعه، ملاحظات و مجوزهای قانونی، مسائل اقتصادی و بودجه مالی و همچنین مسائل مرتبط با محیط زیست در طراحی سازه در نظر گرفته می شود. تمام محدودیت هایی که ممکن است طراحی انواع سازه ها را دچار چالش کند به طور دقیق بررسی می گردد و راه حل های جایگزین و کاربردی ارائه می شود.
2- مرحله طراحی در دومین مرحله طراحی سازه شامل ارائه طرح اصلی و برنامه ریزی دقیق است. این مرحله عموماً به صورت نقشه کشی فیزیکی و کار با نرم افزارهای رایانه ای پیگیری می شود.
3- سومین مرحله در طراحی سازه شامل مراحل ساخت و ساز است. تمام تجهیزات، ماشین آلات، مواد اولیه و نیروی کار فراهم می شود و مراحل اجرای پروژه آغاز می گردد. مهندسین ناظر بر تمام مراحل ساخت به طور دوره ای و روزانه نظارت دارند. در این قسمت، تحلیل چالش ها، مشکلات و ارائه راهکارها بر عهده تیم ناظر قرار می گیرد.
برخی از نکات مهم در طراحی سازه
طراحی برخی از سازه ها، پیچیدگی ها و تجزیه تحلیل بیشتری را طلب می کند. این چالش ها حتماً باید از طریق یک تیم حرفه‌ای پیگیری شود.
در طراحی سازه، تجربه، تخصص و مهارت ها اهمیت زیادی دارند.
در تمام مراحل طراحی و ساخت و ساز انواع سازه، رعایت استانداردهای ساخت و ساز و مسائل زیست محیطی اهمیت دارد.
بخش بزرگی از طراحی سازه از طریق نرم افزارهای مهندسی انجام می‌شود، بنابراین یک متخصص نرم افزار و برنامه های رایانه ای در تیم مهندسی باید حضور داشته باشد.
در طراحی انواع سازه، میزان فشار وارد شده بر ستون ها و کل ساختمان از طریق فرمول های مهندسی محاسبه می شود.
برای طراحی سازه از انواع مواد اولیه فلزی و غیر فلزی استفاده می شود، بنابراین برای محاسبات ریاضی در قسمت‌های مختلف به جنس ماده و خواص فیزیکی و مکانیکی آن باید دقت گردد.
اگر طراحی سازه برای بناهایی پیشنهاد شود که شکل ظاهری آن به صورت طرح های مدرن و غیر متعارف می باشد، محاسبات باید دقیق تر بوده و مواد ساختمانی از استحکام بالا برخوردار باشند. تحمل وزن سازه بر روی پایه های اصلی عامل مهمی است که در طراحی به آن پرداخته می شود.
ابعاد و اندازه های ستون ها و محل قرارگیری آنها در زوایای مختلف، رکن اصلی طراحی سازه به شمار می رود.
مهندس طراح سازه کیست؟
اکثر مشاغلی که با ساختمان و سازه ها در ارتباط هستند؛ به رشته های معماری و عمران مربوط می باشند. البته که رشته مهندسی عمران، یک رشته بسیار جذاب است و پیش زمینه کاری بسیاری در آن وجود دارد. در واقع، دانشجویان این رشته پس از اتمام تحصیل خود می توانند در زمینه های کاری مختلفی، وارد بازار کار بشود. یکی از زمینه های بسیار کاربردی و مهم در مهندسی عمران، طراحی سازه است. به فردی هم که کار طراحی و محاسبات سازه را انجام می دهد طراح سازه می گویند. بنابراین، افرادی که قصد شاغل شدن در حیطه طراحی سازه را دارند، باید در رشته مهندسی عمران تحصیل کنند.
انواع روش های طراحی سازه
در طراحی سازه‌ها، معمولاً از چندین روش مختلف برای تحلیل و طراحی استفاده می‌شود. برخی از این روش‌ها به شرح زیر می‌باشند:
- روش المان محدود: در این روش، سازه را به قطعات کوچک‌تر تقسیم کرده و به صورت المان‌های محدود مدل‌سازی می‌کنند. سپس با استفاده از قوانین فیزیکی، نیروهای داخلی المان‌ها و سازه به‌صورت تفصیلی محاسبه می‌شوند.
- روش تحلیل سه‌بعدی: در این روش، سه‌بعدی بودن سازه در نظر گرفته شده و با استفاده از قوانین فیزیکی و مفاهیم هندسی، نیروها و جابجایی‌های سازه به‌صورت دقیق محاسبه می‌شوند.
- روش تحلیل اجزای محدود: این روش مشابه روش المان محدود است، با این تفاوت که در آن از المان‌های محدود با شکل‌های چندگوش استفاده می‌شود. این روش امکان تحلیل سازه‌های پیچیده‌تر را بیشتر می‌کند.
- روش طراحی تجربی: در این روش، طراحی سازه براساس تجربیات گذشته و نتایج آزمایش‌های محلی انجام می‌شود. این روش برای سازه‌های ساده و غیرپیچیده مفید است.
- روش تحلیل دینامیکی: در این روش، عوامل دینامیکی مانند زلزله، باد و دیگر اثرات ارتعاشی در طراحی سازه در نظر گرفته می‌شوند. این روش برای سازه‌های بلند و پرتلاطم مثل برج‌ها و پل‌ها مفید است.
- روش طراحی با استفاده از کامپیوتر: در این روش، طراحی سازه با استفاده از نرم‌افزارهای مختلفی صورت می‌گیرد. این نرم‌افزارها با استفاده از روش‌های المان محدود، تحلیل سه‌بعدی و تحلیل اجزای محدود، می‌توانند نیروها، جابجایی‌ها و بارهای سازه را به‌صورت دقیق محاسبه کنند و به طراحان کمک می‌کنند تا سازه‌های با کیفیت بالا و با امنیت بالا طراحی کنند.
- روش طراحی سازه‌های فولادی: در این روش، طراحی سازه برای استفاده از فولاد به‌عنوان ماده سازنده صورت می‌گیرد. در این روش، از استانداردها و مقررات خاص برای طراحی و اجرای سازه‌های فولادی استفاده می‌شود.
- روش طراحی سازه‌های بتنی: در این روش، طراحی سازه برای استفاده از بتن به‌عنوان ماده سازنده صورت می‌گیرد. در این روش، از استانداردها و مقررات خاص برای طراحی و اجرای سازه‌های بتنی استفاده می‌شود.
همچنین، در طراحی سازه‌ها می‌توان از روش‌های دیگری مانند روش طراحی سازه‌های چوبی، روش طراحی سازه‌های تونلی و روش طراحی سازه‌های پل استفاده کرد. در هر صورت، هدف از استفاده از هر یک از این روش‌ها، طراحی و ساخت سازه‌هایی با امنیت بالا، کارایی بالا و هزینه بهینه است.
نتیجه‌گیری
فرایند طراحی اسکلت شامل ارکان مختلفی است که تنها تیم طراحی سازه در آن دخیل نیست. از این رو ممکن است این پروسه طولانی شده و تبعات منفی اقتصادی را متوجه پروژه کند.
