طراحی محاسبات

طراحی محاسباتی فرآیندی است که در طی آن طراح محاسب جهت افزایش مقاومت سازه‌های عمرانی و ساختمانی یک سری محاسبات را طبق چهارچوب حاکم بر این زمینه انجام می‌دهد. طراحی محاسباتی دارای یک سری اصول است که تمامی سازه ها باید مطابق با آن ‌ها طراحی و اجرا شوند. اگر تمایل به کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه دارید لطفاً تا انتهای مطالب همراه ما بمانید تا علاوه شناخت کامل این رشته مهم ساخت و ساز با اصول آن نیز آشنا شوید.

طراحی محاسبات چیست؟

طراحی محاسباتی یکی از فرآیندهای مهم ساختمانی، عمرانی، طراحی نما، تاسیسات مکانیکی و تاسیسات برق بوده که به واسطه مهندس محاسب با رعایت ظوابط و مقررات ملی ساختمان صورت می گیرد. در این فرایند بارهای وارده بر سازه مورد بررسی و محاسبه قرار گرفته و بر اساس داده به دست آمده نقشه محاسبات یا سازه نگهبان آن طراحی می شود. البته طراحی محاسباتی پس از ترسیم نقشه معماری به واسطه مهندس معمار صورت می گیرد. در واقع یکی از پیش نیازهای اصلی طراحی محاسبات نقشه معماری می باشد.

دیگر لازمه طراحی محاسباتی سازه، مراجعه به محل سازه، و بررسی وضعیت ساختمان های مجاور می باشد. به این ترتیب مهندس محاسب با استفاده از دو فاکتور نقشه معماری و شرایط کلی محل پروژه طراحی محاسباتی پروژه را انجام داده و جزئیات آن را که شامل بارها و ابعاد المان های مختلف است، به کارفرما و سازمان نظام مهندسی ارائه می دهد.

لازم به ذکر است که امروزه طراحی محاسباتی سازه به واسطه نرم افزارهای پیشرفته مهندسی به صورت دقیق انجام می شود و لازم است که توسط یک مهندس یا گروه مهندسی با تجربه و کاربلد صورت بگیرد. زیرا عدم اطلاعات علمی و تخصص کافی در این زمینه آسیب های جدی را به مقاومت و ایمنی ساره خواهد رساند.

هرچند که میزان خطا در نرم افزارهای مهندسی نسبت به شیوه های قدیمی بسیار کمتر  است، اما باز تسلط کامل مهندس محاسب بر فرایند اجرا، شناخت کامل ابزارها و منوها، نحوه محاسبه نرم افزارهای کاربردی در این حوزه بسیار مهم است. به هر حال یکی از مهمترین ارکان سازه های مهندسی این مرحله بوده و باید محاسبات و بررسی های به عمل آمده به یک طرح حرفه ای جهت اجرای پروژه تبدیل گردد.

رابطه نقشه معماری با طراحی محاسباتی

همانطور که در مباحث قبلی نیز عنوان کردیم، یکی از لازمه های طراحی محاسباتی سازه، وجود نقشه معماری است. در واقع اولین قدمی که برای طراحی محاسباتی صورت می گیرد، بررسی دقیق و کارشناسانه نقشه معماری هست که توسط یک معمار وارد و کار کشته انجام می شود.

هدف اصلی از بررسی نقشه معماری در طراحی محاسباتی، این است که در رابطه با سیستم های باربر جانبی و قائم سازه تصمیم های لازمه اتخاذ گردد. بنابراین ترسیم دقیق و بی عیب و نقصی نقشه مهندسی معماری سازه بسیار مهم بوده و با طراحی محاسباتی دارای یک رابطه کاملا مستقیم است.

به این ترتیب هر گونه خطا در نقشه معماری، محاسبات و بررسی های وارده در فرایند طراحی محاسباتی سازه را نیز تحت تأثیر قرار داده و به این ترتیب ایمنی ساره به شدت دستخوش آسیب می شود.

فرایند محاسبه بارهای وارده بر سازه

معمولا جهت محاسبه بارهای وارده بر سازه لازم است که آن ها را به دو دسته کلی بارهای ثقلی و بارهای جانبی تقسیم کرد. سپس به صورت جداگانه به بررسی و محاسبه هر کدام از آن ها پرداخت.

بارهای مرده، بارهای زنده، بار دیوارهای پیرامونی، بار برف از جمله بارهایی هستند که در با ثقلی مورد محاسبه قرار می گیرند. پس از بررسی بار ثلقی، نوبت به بررسی بار زلزله می رسد. از آنجایی که کشور ایران در نقطه زلزله خیز قرار دارد، جهت کاهش خسارت جانی و مالی که ما همه ساله در اقصی نقاط کشور شاهد آن هستیم، بررسی بار زلزله از اهمیت بالایی برخوردار بوده و باید بسیار دقیق و کاملا مهندسی انجام شود.

به همین دلیل یکی از اقدامات مهمی که در این قسمت طراحی محاسباتی صورت می گیرد تنظیم گزارش مکانیکی خاک است. دیگر فاکتور مهم در بررسی بارهای جانبی سازه، بار باد می باشد. این عامل نیز با توجه به موقعیت جغرافیای سازه مهم بوده و باید با استفاده از تکنیک های مهندسی مورد بررسی و محاسبه قرار بگیرد.

اصول مهم طراحی و محاسبات

معمولا  طراحی محاسباتی سازه بر پایه اصول خاصی استوار است که هر کدام از آن های دارای مباحث علمی و تخصصی مهمی بوده و باید در طی فرایند طراحی محاسباتی به طور کامل و بی عیب و نقص مورد بررسی و تحلیل قرار بگیرند.

طراحی محاسباتی همانطور که از عنوان آن مشخص است، به تعیین حدود و اندازه ها پرداخته و به طور کلی هر قسمت ساره که نیاز به محاسبه و تعیین حدود داشته باشد، باید قبل از عملیات اجرایی توسط تیم و مهندس محاسب مورد بررسی و تحلیل قرار بگیرد.‌

مواردی که در چهارچوب، اصول و ضوابط طراحی محاسباتی موردی بررسی و تحلیل قرار می گیرند شامل، محاسبات زیر بنای سازه، محاسبه انرژی نهان مصالح سازه و محاسبه تعداد میلگرد در ستون سازه است که در ادامه مطالب در رابطه با هر کدام از موارد ذکر شده بیشتر صحبت خواهیم کرد.

محاسبات زیر بنای سازه

زیر بنای سازه اصطلاحی کاملا رایج و آشنا در قوانین مرتبط با صنعت ساخت و ساز و پروژه های عمرانی شهری است که افراد مشغول به فعالیت در مشاغل مربوطه به آن سر و کار دارند.

به طور کلی مفهوم زیر بنا شامل مساحت یک طبقه از ساختمان می باشد. بنابراین جهت محاسبه مساحت کلی یک ساختمان یا سازه، باید مساحت تمامی طبقات زیر زمین و روی زمین در نظر گرفته شوند. برای محاسبه زیر بنای ساختمان فاکتورهای متعددی دخیل هستند که در ادامه مطالب به معرفی و بررسی آن ها خواهیم پرداخت.

• تعداد طبقات ساختمان:

همانطور که گفتیم جهت محاسبه زیر بنای ساختمان لازم است که مساحت تمامی طبقات زیر و روی زمین ساختمان محاسبه شده و با یکدیگر جمع شوند.

اما برای محاسبه تعداد طبقات مجاز در یک ساختمان، ابتدا باید به عرض خیابانی که بنا بر روی آن قرار دارد توجه نمود. زیرا طبق اصول و قوانین حاکم بر طراحی و محاسبات، تعداد طبقات مجاز برای یک ساختمان در کوچه و خیابان یکسان نبوده و بر حسب مساحت برای هر دو مورد تعداد طبقات مجاز نیز متفاوت است.

• ارتفاع ساختمان:

یکی از دیگر امور مربوطه در اصول طراحی و محاسبات سازه که با محاسبه زیر بنای سازه در ارتباط است ارتفاع ساختمان است که باید مطابق با آن میزان ارتفاع مجاز یک بنا را به دست آورد.

جهت محاسبه ارتفاع مجاز ساختمان باید به بام و سیب سازه توجه شود. زیرا این دو گزینه جزو فاکتورهای موثر بر محاسبه و تعیین ارتفاع مجاز بنا به شمار می روند.

در محاسبه ارتفاع بنا، فقط ارتفاع روی زمین در نظر گرفته می شود و بر عکس مساحت زیر بنا به ارتفاع سازه در زیر زمین توجه نمی گردد. به عبارت دیگر ارتفاع مجاز یک سازه اعم از ساختمانی و عمرانی و از کف زمین تا بام محاسبه می شود. همچنین در صورتی که سازه فاقد شیب باشد، بالاترین نقطه جان پناه برای محاسبه از کف زمین تا آن نقطه در نظر گرفته می شود. اما در صورت وجود شیب، نحوه محاسبه سازه از کف زمین تا متوسط شیب بنا صورت می گیرد.

به طور کلی در ساختمان های یک طبقه؛ که هم دارای نورگیر و هم پنجره هستند حداکثر ارتفاع مجاز ۳۰.۵ متر بوده و برای ساختمان‌های یک طبقه فاقد پنجره و نورگیر ارتفاع مجاز افزایش یافته و به ۱۰.۴ افزایش می یابد.

در ساختمان های دو طبقه؛ نیز ارتفاع مجاز از نظر قانون بر حسب داشتن نورگیر و پنجره و همچنین زیر زمین متغیر است. به نحوی که ساختمان فاقد نورگیر، پنجره و زیر زمین دارای ارتفاع مجاز ۵۰.۸ بوده و برعکس ساختمان های یک طبقه ارتفاع مجاز در ساختمان های دو طبقه فاقد زیر زمین، پنجره و نورگیر کاهش یافته و حدود ۳۰.۰ است.

به مرور با افزایش تعداد طبقات ارتفاع مجاز نیز برای سازه افزایش می یابد.

محاسبه انرژی نهان مصالح سازه

هدف اصلی محاسبه انرژی نهان در مصالح سازه کاهش گاز کربن و اثرات سوء آن بر محیط زیست است. بنابراین یکی از وظایف مهم مهندسان معمار شناخت انرژی نهان و کاهش اثرات مخرب آن بر زمین می باشد که به واسطه توانایی آن ها در اندازه گیری و درجه بندی کیفیت قابل انجام است. در ادامه مطالب در رابطه موضوعات مرتبط با این مقوله بیشتر صحبت خواهیم کرد.

• انواع انرژی و یا کربن موجود در فرایند ساخت سازه ها

لازم به ذکر است که انرژی و کربنی که در حین فرآیند ساخت سازه های عمرانی و ساختمانی در جو زمین رها می شود دو نوع بوده که شامل انرژی نهان و انرژی عملیاتی هستند. انرژی نهان همان گازهای گلخانه ای انتشار یافته به زمین در فرآیندهای تولید و نقل و انتقال مصالح ساختمانی است که در ادامه مطالب در رابطه با آن بیشتر صحبت خواهیم کرد.

اما انرژی عملیاتی دربردارنده تمامی انرژی ها یا کربن دی اکسیدهایی است که در طول ساخت سازه و انرژی مصرفی استفاده شده در سازه نظیر سیستم های گرمایشی و سرمایشی به زمین منتشر می شود.

• انرژی نهان چیست؟

بشر امروز با انجام یک سری اقدامات که به منظور استفاده و بهره برداری از مصالح ساختمانی صورت می گیرد، انتشار برخی از گازهای مخرب محیط زیست نظیر دی اکسید کربن، دی اکسید هیدروژن، تری اکسید و بهار آب، هالو کربن و تترا هیدروژن کربن افزایش می دهد.

به این ترتیب گازهای منتشر یافته در زمین که روز به روز به علت بی مبادلاتی بشر و استفاده بی رویه از منابع طبیعی ضخیم تر می نیز میشوند  بخشی از پرتو نور خورشید را جذب کرده و‌ دوباره به جو زمین برمی گرداند. به این ترتیب به کربن ها و یا انرژی که در حین تولید و جابجایی مصالح ساختمانی به زمین انتشار می یابند انرژی نهان مصالح ساختمانی گفته می شود.

به عبارت دیگر انرژی نهان همان کربن پنهانی در مصالح ساختمانی است و شامل مجموع، اثرات تمامی گازهای گلخانه ای موجود در یک ماده در طول چرخه کامل حیات آن نظیر استخراج، تولید، ساخت، نگهداری و دفع می شود.

• ضرورت محاسبه انرژی نهان مصالح ساختمانی

 ارزش و اهمیت محاسبه انرژی نهان مصالح ساختمانی که به منظور کنترل گازهای گلخانه ای صورت می گیرد، با حفظ سلامت بشر و محیط زیست و پیشگیری از گرم شدن زمین و همچنین برهم خوردن نظم اکوسیستم در ارتباط است.

بنابراین اگر به اهمیت محاسبه انرژی نهان مصالح ساختمانی در فرآیندهای مرتبط با پروژه های ساخت و ساز و عمرانی چندان توجه نکردید، همانطور که در حال حاضر نیز شاهد عواقب این بی توجهی ها نظیر کم بود شدید آب، بیابان زدایی، آب شدن یخ ها و گرم شدن زمین، افزایش سیلاب های ویرانگر و زلزله هستیم در آینده  نیز با عواقب شدیدتری از آن رو به رو خواهیم شد.

 به این ترتیب نتیجه عدم توجه به محاسبه انرژی نهان مصالح ساختمانی، سرنوشت زمین در آینده ای نه چندان دور محکوم به فنا و نابودی خواهد شد.

با توجه به موارد ذکر شده، می توان نتیجه گرفت که یکی از مهمترین اصول محاسباتی سازه ها محاسبه انرژی نهان موجود در مصالح ساختمانی است که باید در فرایند اجرای سازه های عمرانی و ساختمانی، همواره توسط مهندس طراح محاسب، مورد تحلیل و بررسی قرار بگیرد.

 محاسبه تعداد میلگرد در ستون سازه

همانطور که مستحضر هستید؛ نیروی سازه بر روی ستون های آن تحمیل می شود. به همین دلیل محاسبه تعداد میلگردها که جزء اصلی ستون به  شمار می رود بسیار مهم بوده و باید توسط مهندس محاسب وارد و کاربلد صورت بگیرد.

به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که یکی دیگر از اصول مهم طراحی محاسباتی در سازه ها تعداد میلگرد های مورد استفاده در ستون آن است که میزان نیروی محرک ناشی از بار مرده و زنده بنا، به صورت مستقیم و یا از طریق تیر را تحمل می کند.

به طور کلی حداقل میلگرد مورد نیاز برای یک سازه ساختمانی و عمرانی بر اساس شکل مقطع تعیین می شود. به نحوی که مقطع مستطیل نیازمند ۶ الی ۸ میلگرد بوده و مقطع مربع نیازمند ۴ میلگرد بوده و مقطع دایره و شش ضلعی حداقل ۶ میلگرد  را نیاز دارد.

علاوه بر تعداد میلگرد، طراح محاسب موظف است در طراحی محاسباتی سازه حداقل قطر میلگرد اصلی و خاموش ستون های بتنی را نیز تعیین کند که این مورد نیز باید بر حسب شکل مقطع تعیین و مشخص شود.

معمولا حدود استاندارد، حداقل قطر میلگرد اصلی و خاموش در سازه ها بر حسب شکل مقطع برای قطر میلگرد در مقطع  دایره ای و چند ضلعی حداقل ۱۲ میلی متر و در مقاطع مربع  حداقل ۱۴ میلی متر و در مقاطع  مستطیل حداقل ۸ میلی متر و برای قطر خاموش حداقل ۱۰ میلی متر است.