طراحی سازه با توجه به محل سازه، روش ساخت سازه، چگونگی بهره برداری و ... می تواند ویژگی های گوناگونی را برای ساختن اسکلت فولادی یک ساختمان به وجود بیاورد، هر سیستم سازه ای به مصالح خاصی نیاز دارد و با توجه به نوع کاربرد و خصوصیات طراحی مناسبی را می توان انتخاب نمود. همانطور که می دانید سازه های فولادی قاب بندی هستند و نقش این قاب سبب پایداری کل سازه، انتقال بار مرده و زنده، زلزله و بار برف می شود. در طراحی سازه فولادی و ستون گذاری آن معیارهایی همچون نوع مقطع، آرایش آن، فاصله تکیه گاه، نوع مهاربندی، روش قرارگیری و محل قرار گیری تاثیر گذار هستند، این طراحی ها توسط نرم افزارهای پیشرفته طراحی انجام می شود. نرم افزارهای سپ، سیو و ایتبس از جمله نرم افزارهای طراحی سازه های فولادی می باشند. وقتی می گوییم طرح سازه منظور تعیین پیکربندی، مشخصه های قطعات و ابعاد است که شامل اعضاء گوناگونی مانند مهاربندها، تیرها، عرشه فولادی، ستون هاو ... می باشد.
اهداف تعیین کننده نوع سازه
در طراحی سازه های فولادی سه مورد زیر هدف های اصلی تعیین کننده نوع سازه می باشند:
- ایمنی: منظور این است که قطعات و اتصالات سازه طوری سازمان دهی شود که دارای انسجام و پایداری کافی باشند همچنین تحت اثر بارها و سربارها آسیبی به آن ها وارد نشود و در اثر بارها و سربارهای استثنایی باز نشده و نریزد.
- عملکرد مطلوب: یعنی مزاحمتی برای بهره برداری پیش بینی شده ایجاد نکند، در اثر بارها و سربارها تغییر شکل بیش از حد ندهد و در اثر لرزش حس نا امنی به وجود نیاورد.
- پایایی: به این معنا می باشد که مصالح مورد استفاده دارای کیفیت بالا باشند و در اثر پیری، فرسودگی و ... سازه تقلیل پیدا نکند.
روش های مختلف طراحی سازه های فولادی
طراحی سازه های فولادی به طور کلی از سه روش زیر انجام می شود که این روش ها بر اساس آیین نامه های معتبر طراحی و مورد استفاده قرار گرفته اند:
- روش طراحی مقاومت نهایی: این نوع طراحی با افزایش بارها و محاسبات مقاومت های اصلی به کار گرفته می شود، محاسبات انجام شده این روش درUSD بتن آمریکا نیز کاربرد دارد. این روش امکانات تازه ای در اختیار طراح می گذارد که در روش های دیگر ممکن است امکان پذیر نباشد.
- روش طراحی حالات حدی: قسمتی از ضریب اطمینان در بارها اثر دارد و قسمتی از ضریب اطمینان در مقاومت ها به این شکل که با بزرگ شدن بار مقاومت کاهش پیدا می کند، در این روش به دلیل بارها و مقامت ها ممکن است عدم اطمینانی به وجود بیاید، به همین دلیل بهتر است عدم اطمینان هر دو به صورت جداگانه صورت گیرد، این روش دارای ضرایب اطمینان بیشتری است.
- روش طراحی تنش مجاز: طراحی این روش به گونه ای است که مقاومت ماده به ضرایب اطمینان تقسیم می شود و مقدار کمتری برای مقاومت در نظر گرفته می شود.
طراحی سازه های فولادی در ایران
در آیین نامه ایران دو حالت برای طراحی این سازه ها پیشنهاد شده است که عبارتند از:
- حالت حدی نهایی: به حداکثر ظرفیت باربری سازه یا قسمتی از آن گفته می شود و در یکی از حالت های زیر اتفاق می افتد:
- از دست رفتن تعادل سازه
- تغییر شکل یا تغییر حالت سازه
- رسیدن سازه به حداکثر ظرفیت باربری خود
- تبدیل قسمتی از سازه به مکانیزم
- در هم شکستن اتصالات و مقاطع قطعات - حالت حدی بهره برداری: این قسمت به پایایی و قابلیت های بهره برداری سازه گفته می شود، که به یکی از حالت های زیر ممکن است اتفاق بیافتد:
- تغییر شکل بیش از حد سازه
- آسیب های موضعی
- لرزش بیش از حد سازه
