نواندیشان | بهترین سایت علمی آموزشی کشور
با توجه به اهمیت و کاربرد سازه های فولادی در مهندسی عمران، کسب تخصص و مهارت طراحی سازه های فولادی می‌تواند اهمیت زیادی در زندگی حرفه‌ای یک مهندس عمران داشته باشد که در این مطلب به معرفی آن پرداخته شده است.
طراحی سازه های فولادی از جمله مهارت‌های مهمی است که تمامی مهندسان عمران باید آن را فرا بگیرند. این مهارت می‌تواند در سرنوشت حرفه‌ای یک مهندس عمران نقش تعیین کننده‌ای داشته باشد. اهمیت کسب این مهارت از آنجایی است که سازه‌های فولادی پرکاربردترین سازه‌های مهندسی هستند. برای درک اهمیت و جایگاه یادگیری مهارت طراحی این نوع سازه با ما همراه باشید:
تعریف سازه های فولادی
سازه های فولادی با نوع خاصی از فولادها که فولادهای ساختمانی نامیده می‌شوند، ساخته می‌شوند. با تکنولوژی‌های جدید تولید فولاد، تولید فولادهای ساختمانی کاملا به صرفه و اقتصادی شده و کاربرد آنها را در مهندسی عمران به شدت توسعه یافته است. از طرفی خواص مکانیکی ممتاز فولادهای ساختمانی آن را به بهترین انتخاب برای ساخت انواع سازه من جمله سازه‌های بزرگ تبدیل نموده است. در حال حاضر، بتن آرمه تنها رقیب فولاد ساختمانی است و مصرف این فلز در ساخت و ساز به قدری است که نصف فولادهای تولیدی جهان در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شوند.
شما می‌توانید مقالات و منابع آموزشی متنوعی را در زمینه سازه های فولادی مشاهده نمایید تا بیش از پیش با این نوع سازه‌های ساختمانی و نحوه طراحی آنها آشنا شوید. از جمله این منابع آموزشی می‌توان به آموزش تکلا استراکچرز، طراحی دستی ستون فولادی و تیر فولادی، چک لیست طراحی سازه، سقف عرشه فولادی، انواع اتصالات سازه های فولادی و … اشاره کرد.
اهمیت سازه های فولادی
قابلیت اطمینان اهمیت زیادی در انتخاب مصالح ساختمان و طراحی سازه دارد. یکی از مزیت‌های اصلی سازه‌های فولادی قابلیت اطمینان بالای آنها است. سازه‌های فولادی به دلیل خواص مکانیکی مناسب، امکان کنترل کیفی خوب و دقیق در حین تولید و دلایل فنی متعدد دیگر قابلیت اطمینان بالایی دارند. اختلاف بین نتایج آزمون‌های کنترل کیفی و آزمون‌های برجا در خصوص این سازه‌ها بسیار کمتر از سازه‌های بتنی است. به همین دلیل طراحی سازه های فولادی با ریسک کمتری انجام می‌شود.
سازه های فولادی مقاومت و دوام بسیار خوبی دارند. استحکام بالا و وزن پایین از جمله مشخصه‌های سازه های فولادی است. هر چند فولاد چگالی زیادی دارد اما خواص مکانیکی و استحکام آن باعث می‌شود تا بتوان با وزن کمتر سازه، به استحکام کافی دست یافت. استحکام بالا و وزن پایین یک عامل بسیار مهمدر انتخاب مصالح ساختمانی و طراحی سازه است.
در شرایط آب و هوایی بد، طوفان، برف‌های سنگین و حتی زلزله، سازه های فولادی عملکرد و مقاومت خوبی دارند. فولادها به سختی زنگ می‌زنند و در مقایسه با اصلی‌ترین رقبای خود یعنی سازه های بتنی، در برابر آتش مقاومت بیشتری دارند. بنابراین می‌توان گفت سازه‌های فولادی، طول عمر زیادی دارند.
سرعت اجرای سازه های فولادی زیاد است چرا که فرایند تولید این سازه‌ها صنعتی است و تولید پروفیل‌های فولادی در کارخانه انجام می‌شود. در برخی موارد حتی اعضای سازه نیز در کارخانه سرهم می‌شوند. علاوه بر سرعت، خطای انسانی نیز در خصوص سازه‌های فولادی کمتر است.
مزیت سازه های فولادی متعدد است و به موارد گفته شده محدود نمی‌شود، برای مثال این سازه‌ها در برابر رطوبت و در برابر حشرات مقاومند. همچنین سازه‌های فولادی انعطاف پذیری بالا، ابعاد متنوع و صرفه اقتصادی دارند. بنابراین قابل پیش بینی است که سازه های فولادی به وفور طراحی شوند و جایگاه ویژه‌ای در مهندسی عمران داشته باشند.
نمونه‌ای از سازه های فولادی
ساختمان‌های مسکونی بلند، برج‌های مسکونی، برج‌های اداری و تجاری، سوله‌های تولیدی و صنعتی ، پل‌های معلق و پل‌های کابلی، نمایشگاه‌ها، مجتمع‌های ورزشی، مدارس، سالن‌های کنفرانس متعدد نمونه‌هایی از سازه های فولادی هستند که اغلب با اسکلت فولادی ساخته می‌شوند. بنابراین می‌توان گفت سازه های فولادی خانواده‌ای از بزرگترین سازه های مهندسی هستند و به همین دلیل طراحی سازه های فولادی مهارت مهمی برای یک مهندس عمران محسوب می‌شود. طراحی سازه‌های فولادی از دروس تخصصی و بسیار پر اهمیت مهندسی عمران است.
انواع سازه‌های فولادی بر اساس سیستم‌های سازه‌ای
از اصطلاح سیستم سازه‌ای برای اشاره به مجموعه المان‌های باربر در یک سازه استفاده می‌شود. سیستم‌های سازه‌ای مختلفی وجود دارند. در هر سیستم، روش اجرای المان‌ها، نحوه نگهداری و انتقال بارها توسط المان‌ها متفاوت است. سیستم‌های سازه‌ای مختلف با هدف نگهداری از کل سازه یا قسمتی از آن طراحی می‌شوند. سیستم دیوار باربر یا سازه پیوسته، سیستم تیر و ستون یا سازه قابی، سازه پوسته‌ای، سیستم کششی یا سازه کابلی، سیستم غشایی یا سازه پارچه‌ای، سازه خرپایی از جمله مهمترین سیستم‌های سازه‌ای هستند. یک مهندس سازه باید با انواع سیستم‌های سازه‌ای و کارکرد آنها در شرایط بارگذاری مختلف آشنا باشد.
فولاد یک مصالح ساختمانی مهم است که در اغلب سیستم‌های سازه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل گستردگی کاربرد فولاد، مهارت طراحی سازه های فولادی اهمیت زیادی دارد. لازم به تاکید است که فولاد در طراحی سیستم‌های قابی یا سازه اسکلت فولادی جایگاه ویژه‌ای دارد. سازه‌های قابی، سازه‌هایی هستند که برای انتقال بار از ترکیب تیر و ستون استفاده می‌نمایند.
سازه های فولادی بر اساس سیستم های سازه ای به انواع مختلفی از جمله سیستم قاب فولادی، سازه فولادی خرپایی، سازه قوسی فولادی، سازه فولاد گنبدی، سازه مشبک فضایی و پل فولادی تقسیم می‌شوند که هر یک کارکرد خاص خود را دارند. برای مثال سازه های فولادی از نوع مشبک فضایی برای ساخت کارخانه، انبار، استخر، سالن کنفرانس، نمایشگاه، فرودگاه و … استفاده می‌شوند. سازه‌های گنبدی برای مجموعه‌های ورزشی کاربرد دارند.
اجزای سازه های فولادی
اگر به طراحی سازه های فولادی علاقه دارید، لازم است تا با اجزای سازه‌های فولادی آشنا شوید. اجزای سازه های فولادی، بر اساس کارکرد و عملکرد آن ها در برابر بارهای مختلف تقسیم بندی می‌شوند و اصول طراحی متفاوتی دارند. برای مثال اعضای کششی سازه های فولادی، المان‌هایی هستند که برای انتقال بارهای کششی طراحی می‌شوند. مهاربندها، کابل‌های سقف کاذب، کابل‌ها در پل های معلق اجزای کششی سازه های فولادی هستند. اجزای خمشی، ترکیبی و اتصالات از دیگر اعضای سازه‌های فولادی هستند. در طراحی اجزای مختلف سازه‌های فولادی لازم است تا الزامات مختلفی را رعایت نمایید. برای مثال در طراحی اتصالات سازه‌های فولادی، لازم است تا الزامات ذکر شده در بند 10-2-9 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان سال 1392 را رعایت نمایید.
اجرای سازه‌های فولادی و اهمیت طراحی حرفه ای
اجرای سازه های فولادی فرایندهای مختلفی را شامل می‌شود. فرایندی همچون بلند کردن، جانمایی و نصب اتصالات پروفیل‌های فولادی از جمله این فرایندها هستند. ساخت و ساز ایمن، سریع و مقرون به صرفه وابستگی زیادی به کیفیت طراحی سازه های فولادی دارد. بنابراین اهمیت زیادی دارد که کار طراحی حتما به مهندسان حرفه‌ای سپره شود تا طراحی به صورت حرفه‌ای انجام شود.
نرم افزارهای طراحی سازه های فولادی
نرم‌افزارهای مختلفی برای طراحی سازه های فولادی وجود دارد. امروزه فرایندهای مختلف طراحی شامل مدلسازی و تحلیل سازه ها توسط انواع نرم افزارها تخصصی انجام می‌شود. این نرم‌افزارها قابلیت اطمینان بالایی دارند. نتایج برخی از این نرم افزارها به عنوان یک معیار دقیق و معتبر در چک لیست‌های طراحی سازه نظام مهندسی مورد تایید است. در ادامه برخی از پرکاربردترین نرم‌افزارها در دو دسته مدلسازی و تحلیل معرفی می‌شوند:
– نرم افزارهای مدلسازی سازه های فولادی
یکی از مهمترین نرم افزارها در طراحی سازه های فولادی که در دسته نرم افزارهای مدلسازی دسته‌بندی می‌شود، نرم افزار تکلا استراکچرز یا Tekla Structures می باشد. این نرم افزار سه بعدی بر پایه سیستم مدلسازی اطلاعات است و می‌توان با آن جزئیات سازه های فولادی را طراحی نمود. این نرم افزار قابلیت‌های متعددی از جمله برنامه ریزی، مدیریت پروژه، گزارش گیری و تحلیل سازه، علامت گذاری نقشه و … دارد. از این نرم افزار در طراحی سازه های فولادی بزرگ به وفور استفاده می‌شود.
نرم افزار دیگری که در طراحی سازه های فولادی کاربرد فراوانی دارد، نرم افزار رویت یا Revit می‌باشد. نسخه تخصصی این نرم‌افزار با نام رویت استراکچر به وفور توسط مهندسان عمران استفاده می‌شود. این نرم افزار برای مدل سازی و تحلیل سازه بسیار مناسب است. این نرم افزار برای طراحی سازه‌هایی در مقیاس کوچک مناسب‌تر است و رواج زیادی در میان مهندسان عمران دارد.
نرم‌افزار کتیا دیگر نرم افزار پرکاربرد و عمومی در این زمینه است. با این نرم افزار امکان مدلسازی انواع مختلف اسکلت‌های فولادی فراهم است. امکان مدلسازی انواع پروفیل های فولادی به صورت سریع و با انواع استانداردها نیز با این نرم افزار ممکن است.
– نرم افزارهای تحلیل سازه های فولادی
نرم افزارهای مختلفی برای تحلیل سازه های فولادی وجود دارد و توسط مهندسان عمران مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهندسان عمران فعال در این شاخه از طراحی سازه، حداقل بایستی تسلط کافی برای کار با یکی از نرم افزارهای تحلیلی را داشته باشند. نرم افزارهای سپ 2000 یا SAP2000، نرم افزار ایتبس یا ETABS و نرم افزار استند پرو یا STAND.PRO سه نرم‌افزار شناخته شد و مفید در این زمینه هستند.
این سه نرم افزار در مقایسه با دیگر نرم افزارهای تحلیل سازه، رابط کاربری ساده‌تری دارند و روش تحلیلی آنها قابلیت اطمینان بیشتری دارد. از بین این سه نرم‌افزار نیز ایتبس به جهت شناسایی تمامی اجزای ساختمان های فولادی، کاربرد و کارایی بیشتری را جهت مدلسازی، تحلیل و طراحی سازه های فولادی دارد و پیشنهاد می‌کنیم که گذرانده آموزش پروژه محور ETABS را تا به صورت کاربردی آموزش این نرم افزار را فرا گیرید.
یادگیری طراحی سازه های فولادی را از کجا می بایست آغاز کنیم؟
با توجه به مزیت‌های ویژه و تعدد کاربرد فولاد ساختمانی، سازه های فولادی جایگاه ویژه‌ای در مهندسی عمران دارند. بنابراین لازم به تاکید نیست که طراحی سازه های فولادی تا چه حد در مهندسی عمران اهمیت دارد. سازه‌های فولادی انواع زیادی دارند و از اجزای مختلفی تشکیل می‌شوند. زمانی که تخصص و مهارت طراحی این نوع از سازه‌ها را فرا می‌گیرید، اصول تئوری، مفاهیم و اصول طراحی اجزای مختلف انواع سازه‌های فولادی را می آموزید. همچنین لازم است تا با اصول، الزامات، دستورالعمل‌ها و قوانین طراحی و اجرای سازه‌های فولادی آشنا شوید.
برای طراحی انواع سازه های فولادی، نرم افزارهای مختلفی استفاده می‌شود که برای مدلسازی و تحلیل سازه ها مورد استفاد قرار می‌گیرند. در دوره های آموزشی، اصول طراحی و تحلیل با این نرم‌افزارها را نیز فرا می‌گیرید.
یادگیری طراحی سازه های فولادی را از کجا آغاز کنیم؟
منابع آموزشی بسیار زیادی در زمینه طراحی سازه های فولادی وجود دارد که به صورت جزوه، کتاب، سی‌دی و دوره‌های آموزشی متنوع عرضه شده‌اند که هریک از آنها کاربردهای مخصوص خود را دارند.
از جمله این کتاب‌ها می‌توان به آموزش گام به گام طراحی یک پروژه فولادی با نرم افزار ETABS ، طراحی سازه‌های فولادی به روش LRFD ، راهنمای AISC ، سازه های فولادی، طراحی کاربردی سازه‌های فولادی، راهنمای طراحی سازه‌ای و جزئیات اجرایی دیوارهای غیرسازه‌ای و … اشاره کرد. در زمینه جزوات آموزشی نیز می‌توان به جزوه‌های مختلفی از جمله جزوه طراحی سازه های فولادی ویژه آزمون محاسبات، جزوه آموزش طراحی سازه‌های فولادی با Etabs 2015 ، طراحی گام به گام سازه‌های فولادی، فلوچارت‌های طراحی سازه فولادی و … اشاره کرد.
همچنین می‌توانید از استانداردهای و دستورالعمل‌های مختلفی که توسط دفتر مقررات ملی و کنترل ساختمان وزارت راه و شهرسازی، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور و سایر سازمان‌های دخیل در حوزه ساخت و ساز و تحلیل و طراحی سازه‌ها منتشر شده است، استفاده نمایید.
گروه دیگری از منابع آموزشی مشاهده فیلم‌ها و دوره‌های آموزشی متنوع در حوزه تحلیل و طراحی سازه‌های فولادی است که در این زمینه می‌توانید از مباحث آموزشی ارائه شده در سایت های مختلف یا از پکیج‌های DVD آموزشی استفاده کنید.
