انواع سیستم های سازه ای (Structural System)

به گزارش تکنوساخت نحوه‌ی انتقال بارهای قائم و جانبی در سازه بستگی به نحوه‌ی ترکیب و آرایش اعضای باربر قائم سازه‌ای نظیر ستون‌ها، تیرها و اعضای باربر جانبی نظیر مهاربندها و نحوه‌ی اتصال این اعضا دارد. به این ترکیب سیستم ساختمانی‌ گویند.

آیین نامه ۲۸۰۰، آیین نامه مرتبط با طراحی لرزه ای ساختمان ها در ایران می باشد. سازه هایی که در ۲۸۰۰ وجود دارند شامل سازه های متداول در طراحی و ساخت در کشور می باشند که اجرای به نسبت راحت تری دارند و طراحی راحت تری به نسبت سایر اعضای خارج از ۲۸۰۰ دارند. اما سازه های خارج از ۲۸۰۰ هم در بحث طراحی نکات زیادی دارند و هم در بحث اجرا و قوانین سخت تری برای اجرای آن ها وجود دارد. همچنین طراحی آن ها به سادگی انجام نمی شود و نیازمند تجربه و اطلاعات گسترده است.

انواع سیستم های سازه ای از دیدگاه آیین نامه ۲۸۰۰:

• سیستم دیوارهای باربر
• سیستم قاب ساختمانی
• سیستم قاب خمشی
• سیستم دوگانه یا ترکیبی
• سیستم کنسولی

سیستم دیوارهای باربر:

در این سازه ها وظیفه باربری به صورت کامل توسط دیوارها و یا قاب ها انجام می شود. سازه های سرد نورد شده مرسوم ترین نوع هستند و علاوه بر وزن کمی که دارند، سرعت اجرای بالایی هم دارند. انواع سیستم سازه ای موجود در این بخش بیشتر برای سازه های ویلایی و مکان هایی که نیروی زلزله زیاد نیست و کمتر از 3 طبقه دارند، استفاده می شود. این سازه ها به لحاظ تجاری خیلی سازه های کاربردی نیستند.

سیستم قاب ساده ساختمانی:

یکی از پرکاربردترین انواع سیستم های سازه ای است. نیروهای جانبی شدیدترین نیروهایی است که در ساختمان به سازه وارد می شوند و معمولا ناشی از زلزله و یا باد هستند. همیشه حالت وارد شدن آن ها از کناره ها به سازه می باشد. سیستم قاب ساده از دیدگاه ۲۸۰۰:

• دیوارهای برشی بتن آرمه
• دیوار برشی با مصالح بنایی
• مهاربند واگرای ویژه فولادی
• مهاربند های کمانش تاب
• مهاربندی همگرا

در این سامانه ها وظیفه مقاومت نیروهای جانبی به عهده دیوار یا مهاربندها می باشد. این سامانه ها بیشتر در سازه های فولادی کاربرد دارند که تیرها به طور مستقیم در بحث باربری زلزله کمک نمی کنند. یعنی نخست، بار زلزله به مهاربندها و یا دیوارها وارد می گردد و بعد از آن به ستون و بعد هم به پی سازه منتقل می شود.

سیستم قاب خمشی:

این سیستم رایج ترین سیستم در سراسر دنیا است. دلیل پر کاربرد بودن این سیستم سازه ای بیشتر به مباحث معماری و استفاده از پنجره های زیاد و بازشوهای زیاد در ساختمان مربوط می شود. در این سامانه، نیروهای جانبی، نخست توسط تیرها تحمل شده و سپس به ستون ها و در نهایت به فونداسیون انتقال پیدا می کند. در این سیستم سازه ای در اکثر اوقات، تیرها دارای ارتفاع زیادی می باشند که برای معماری پروژه کمی آزاردهنده است. به همین دلیل در سیستم سازه فولادی اکثر اوقات تیرها همراه با سخت­کننده ها (استیفنر) استفاده می شوند. و در سازه هایی که بتنی هستند، افزایش مقاومت بتن و یا تغییر سختی سازه در دستور کار قرار می گیرد. این ساختمان ها با توجه به زیبایی و جذابیت زیاد و خصوصا شباهتی که با سبک معماری مدرن دارند و پنجره های زیادی را در خود جای می دهند؛ می توانند در ساختمان های ویلایی و یا حتی در ساختمان هایی تا ارتفاع ۲۰۰ متر در پروژه ها استفاده شوند.

سیستم قاب خمشی دوگانه یا ترکیبی:

این سیستم بعد از قاب خمشی یکی از رایج ترین انواع سیستم سازه ای در کل جهان می باشد. در این سیستم سازه ای نیروی جانبی به واسطه ترکیب سیستم قاب خمشی و دیوار برشی یا مهار بند ها تحمل می شوند و همه اعضا در ترکیب با یکدیگر در برابر نیروهای زلزله مقاومت می کنند. نیرویی که سیستم های دوگانه در برابر زلزله دریافت می کنند بسیار متفاوت از نیرویی است که قاب های ساده دریافت می کنند.

سیستم سازه کنسولی:

در این سیستم کنسول هایی مثل بالکن ها خبری نیست. در این سیستم سازه ای کنسول ها به سبک ستون های طره ای هستند و تیرها به صورت مفصلی باید اجرا شوند. این سیستم سازه ای محدودیت ارتفاع ۱۰ متری دارد و با توجه به این محدودیت، بهترین نوع استفاده از آن ها برای فضاهایی شبیه به انبارها و فضاهای مشابه نظیر مرغ داری ها است. نکته ی مهم این که نیروهای جانبی در این سیستم توسط ستون ها تحمل می شوند و خرپاها یا تیرهای مفصلی اصلا نباید نیروی جانبی را در این نوع سازه ها تحمل کنند. به دلیل این که در این سازه ها کل نیروها توسط ستون ها تحمل می شوند، ابعاد ستون ها از حالت معمولی خیلی بیشتر (حداقل ۲ برابر) است.

انواع سیستم سازه ای خارج از آیین نامه ۲۸۰۰ :

• میراگر
• جداساز لرزه ای
• سوپر فریم
• دیوار برشی فولادی

این سیستم ها بیشتر در موارد زیر استفاده می شوند:

• بهسازی
• ساختمان هایی با ارتفاع بلند
• ساختمان هایی با اهمیت زیاد
• ساختمان های مسکونی مجلل

میراگر:

میراگرها یکی از انواع سیستم های سازه ای هستند که برای مقابله با نیروهای جانبی طراحی شده اند. میراگرها باعث میرا شدن و از بین رفتن نیروهای زلزله می شوند. در واقع اساس کار آن ها بدین صورت است که وقتی نیروی جانبی باد یا زلزله به یک سازه وارد می شود این دستگاه ها با استفاده از مکانیزم های مختلفی که دارند در برابر نیروهای جانبی مقاومت کرده و باعث کاهش این نیروها می شوند و تا حد امکان از قدرت و نیروی آن ها کم می کنند. میراگرها انواع مختلفی دارند:

• میراگرهای ویسکو الاستیک
• میراگرهای اصطکاکی
• میراگرهای ویسکوز
• میراگرهای جرمی
• میراگرهای سیال

از میراگرها در ساختمان هایی با طبقات زیاد مثل برج ها و سازه های حساس استفاده می شود. همچنین در سازه هایی که در حال بهسازی هستند از میراگرها به وفور استفاده می شود. پروژه های مشهوری که در ایران با میراگرها طراحی شده اند:

• ساختمان مرکزی بانک پاسارگاد
• بیمارستان ۸۰۰ تخت خوابی مهدی کلینیک
• ساختمان مرکزی بانک گردشگری
• برج ۱۹ طبقه اداری تجاری سئول
• ساختمان تجاری گلدن پالاس ولنجک
• ساختمان اداری میرداماد
•  

میراگرها قابلیت استفاده در سازه های فولادی و بتنی را دارند و محدودیتی به نوع مصالح در آن ها وجود ندارد و این سامانه هم نیاز به تحلیل غیرخطی دارد که بسته به شرایط پروژه به دو صورت استاتیکی و دینامیکی انجام می شود.

جداساز لرزه ای:

کار اصلی جداسازها، جدا کردن ساختمان به قسمت های مختلف است. این جداسازی معمولا در سطوح نزدیک به پی سازه انجام می شود و دلیل آن این است که با تقسیم کردن سازه در این بخش از وارد شدن نیروی زلزله به سازه تا حد خیلی زیادی جلوگیری شده و سازه انرژی کمتری از زلزله دریافت کرده و احتمال خرابی تا حد زیادی کاهش می یابد. اساس استفاده از جداسازهای لرزه ای به این صورت است که با کم کردن شتابی که به ساختمان وارد می شود بتوان نیروی زلزله و جابه جایی نسبی در طبقات را تا حد زیادی کنترل کرد. همچنین جداسازها با افزایش زمان تناوب و افزایش میرایی در مباحث لرزه ای نقش به سزایی دارند و عملا به جای تقویت ظرفیت باربری سازه به کم کردن نیروی زلزله می پردازند. جداسازهای لرزه ای به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:

• جداساز اصطکاکی
• جداساز الاستومری
• جداساز لاستیکی
• جداساز کشسانی سایشی
• جداساز آونگی اصطکاکی
• جداساز سربی لاستیکی
• و استفاده ی ترکیبی از جداسازها ...

سوپر فریم:

این سیستم سازه ای که توسط ژاپنی ها ابداع شد به سیستم پلان باز نیز مشهور است و مزایای بی شماری دارد. خوشبختانه در کشور ما نیز یک نمونه موجود است و آن هم برج تجارت جهانی تبریز است. این سیستم سازه ای بر اساس ۴ تکنیک خاص، طراحی می شود:

• استفاده از بتن پر مقاومت
• استفاده از قطعات پیش ساخته
• استفاده از کف های پیش تنیده و یا پس کشیده
• استفاده از میراگرها ...

در این سازه ها نیروی زلزله توسط یک هسته مرکزی بتنی که به نوعی می توان آن را به یک دیوار H شکل بتنی با عمق زیاد شبیه دانست وارد می شود. پس از آن نیروها به سوپر بیم ها و سپس به ستون های بالای هر وجه و در نهایت به میراگر در بالای سازه منتقل می گردد. اجزای اصلی عبارت است از:

• دیوار با هسته بتن آرمه
• سوپربیم های فوق العاده قوی
• ستون های متصل به سوپربیم
• میراگر

دیوار برشی فولادی:

این سامانه ی سازه ای همانند دیوار برشی بتنی بوده و یک دیوار است اما به جای این که اجزای آن از جنس بتن باشند از جنس ورق های فولادی هستند که بسته به نوع ساختمان و مقدار نیروها دارای ضخامت های متغیری هستند. سیستم دیوار برشی فولادی یکی از بهترین سیستم های سازه ای فولادی بوده که نه تنها سیستم فوق العاده قدرتمندی در جذب انرژی دارد بلکه کاملا هم اقتصادی است. از معایب آن می توان به احتمال کمانش ورق ها اشاره کرد. این سیستم سازه ای هم در ساختمان های بلند و هم در ساختمان های مسکونی استفاده می شود و بسته به نظر طراح و تیم اجرایی و نظر کارفرما می توان از آن در پروژه ها استفاده کرد.

منبع : ایستا سازه