پیشرفت جوامع و توسعه آن، امروزه مرهون و مدیون بسیاری از صنایع و افراد در گذشته می‌باشد. چراکه بسیاری از تکنولوژی‌هایی که امروزه با آن سر و کار داریم، اختراع و یا استفاده از آن، ریشه در سال‌های بسیار دور دارد. به عنوان مثال، سازه‌ها در زندگی شهری امروز نقش مهمی را دارا می‌باشند و قدمت استفاده از آن‌ها به زمان‌های دور برمی‌گردد.
اگرچه سازه‌ها در گذشته به شکل امروزی وجود نداشتند، اما جرقه ساخت و استفاده از آن‌ها مربوط به آن زمان است. در مقاله پیش رو قصد داریم به بررسی آن‌که سازه چیست، کاربرد سازه چیست و انواع آن کدام است، بپردازیم. در این مقاله با شاهین فلز سپاهان همراه شوید.
تاریخچه مهندسی سازه به چه زمان بازمی‌گردد؟
تاریخچه مهندسی سازه حداقل به ۲۷۰۰ سال قبل از میلاد برمی‌گردد، هنگامی که هرم پلکانی فرعون جوزر توسط ایمهوتپ (اولین معمار تاریخ که به نام شناخته می‌شد)، ساخته شد. این اهرام متداول‌ترین سازه‌های عظیمی بودند که توسط تمدن‌های باستانی ساخته می‌شد؛ چراکه شکل ساختاری هرم ذاتا پایدار است و می‌تواند به اندازه تقریبا بی‌نهایت مقیاس گردد.
یکی دیگر از شاهکارهای مهندسی قابل توجه از دوران باستان که امروزه همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیستم مدیریت آب قنات است. فناوری قنات در زمان مادها، پیشینیان شاهنشاهی هخامنشی، توسعه یافت و به فرهنگ‌های دیگر نیز سرایت کرد و با ایرانیان ارتباط داشته است.
در طول تاریخ باستان و قرون وسطی، بیشتر طراحی و ساخت و ساز معماری توسط صنعتگرانی مانند سنگ‌تراش‌ها و نجاران انجام شده است. در آن زمان هیچ تئوری‌ای در مورد ساختارها وجود نداشت و درک چگونگی ایستادگی ساختارها بسیار محدود بود.
دانش توسط اصناف حفظ و به ندرت با پیشرفت روبرو شد. ساختارها تکراری بودند و پیشرفت در افزایش مقیاس به کندی پیش می‌رفت. هیچ سابقه‌ای از اولین محاسبات مربوط به مقاومت اعضای سازه یا رفتار مصالح سازه‌ای وجود ندارد، اما حرفه مهندسی سازه تنها با انقلاب صنعتی و اختراع مجدد بتن شکل گرفت. علوم فیزیکی یا زیربنای مهندسی سازه، در رنسانس درک شد و از آن زمان تا به الان در حال توسعه می‌باشند.
سازه چیست؟
سازه چیست؟ سازه به انگلیسی Structure نام دارد و در تعریف می‌توان این‌گونه گفت که سازه مهندسی مجموعه‌ای از چند عضو متصل به یک دیگر است که برای نگهداری و یا انتقال نیرو و برای تحمل بارهای وارده، ساخته شده است. در تحلیل نیرویی سازه‌ها لازم است که اعضای سازه را از یک‌دیگر جدا نماییم و دیاگرام آزاد هر یک از اعضای مجموعه‌ای از آن‌ها را تحلیل کنیم تا نیروهای داخلی به دست آیند.
مجموعه اعضای سازه یک ساختمان شامل سقف، تیر، ستون و شالوده (قسمتی از سازه ساختمان که غالبا پایین‌تر از سطح زمین قرار گرفته و نیروهای وارده را به خاک یا بستر سنگی پی انتقال می‌دهد) می‌شود.
بارهای وارده به سازه چیست؟
عمده‌ترین بارهای وارده به سازه ساختمان شامل موارد زیر می‌باشد:
- بارهای ناشی از وزن سازه بارهای مرده
- بارهای ناشی از اجزای متحرک بار زنده
- بارهای زلزله
انواع سازه کدام است؟
پیش‌تر به بررسی آن‌که سازه چیست، پرداختیم. حال به معرفی انواع و کاربردهای آن خواهیم پرداخت:
سازه فولادی
یکی از کاربردهای فولاد، بکارگیری آن در ساخت سیستم‌های سازه‌ای است. سیستم سازه‌ای در حقیقت مجموعه‌ای از المان‌های فولادی بوده که به یک‌دیگر متصل شده‌اند و توانایی تحمل بار وارده را خواهند داشت. طراحی این سیستم همان‌طور که انتظار می‌رود، بر عهده مهندسین خواهد بود.
اجزای اصلی سازه‌ها شامل تیر، ستون، اجزای کششی و اجزای خمشی و فشاری می‌شود. سازه‌های فولادی خود انواع مختلفی دارند که در ادامه آن‌ها را معرفی خواهیم کرد.
انواع سازه فولادی کدام است؟
انواع سازه‌های فولادی شامل مواردی همچون سازه فولادی معلق، قابی، خرپایی و پوسته‌ای می‌شود. از انواع سازه‌های فولادی به علت برخورداری از مزایایی همچون توانایی جذب انرژی بالا، سرعت ساخت و ساز قابل توجه و غیره استفاده بسیاری می‌شود.
سازه ساختمانی
به یک ساختار معماری یا مهندسی ثابت که مجزا از دیگر ساختارها قابل تشخیص باشد، سازه ساختمانی گفته می‌شود. سازه بخشی از حجم است که بارهای وارده را تحمل و به محیط اطراف منتقل می‌نماید. لازم به ذکر است که در سازه‌های ساختمانی، بارها از طریق تیرچه‌ها به تیر اصلی و از تیر اصلی به ستون‌ها و از ستون‌ها به پی منتقل می‌شوند و پی‌ها نیروها را به خاک منتقل می‌کنند. به عبارت دیگر، سازه حفظ کننده فرم خارجی اجسام در برابر بارهای وارده است. امروزه مدل‌سازی اطلاعات ساختمان تغییر شگرفی در صنعت ساختمان کشورهای پیشرفته به وجود آورده و منجر به افزایش بهره‌وری این بخش گردیده است.
انواع سازه ساختمانی
انواع سازه‌های ساختمانی از لحاظ متریال مصرفی و روش تولید به شرح زیر می‌باشند:
- سازه ساختمانی آی سی اف (ICF)
این سازه‌ها به عنوان عایق ماندگار شناخته می‌شوند و در آن از دیوارهای بتنی که شامل قالب بتنی دائم می‌باشد، استفاده می‌کنند. این قالب‌ها پس از آن‌که بتن‌ریزی انجام شد، بخشی از دیوار به حساب می‌آیند و نقش عایق حرارتی را دارا هستند.
- سازه ساختمانی ال اس اف (LSF)
ال اس اف به معنای قالب فولادی سبک است که یکی از انواع سازه ساختمانی به حساب می‌آید. این سازه ساختمانی به صورت پیش ساخته است و در کارخانه ساخته شده و به محل نصب ارسال می‌شود. سپس بر اساس نقشه از پیش مشخص شده، این اجزا به یک‌دیگر متصل می‌گردند.
در این مدل از سازه‌های ساختمانی، از ورق‌های فولادی با ضخامت کم و پوشش گالوانیزه استفاده می‌شود که در برابر زلزله مقاوم بوده و از طرفی هم جزو انواع سازه سبک هستند.
- سازه‌های ساختمانی پانلی
این سازه نوعی از ساختمان‌های بتن آرمه هستند که به جای تیر و ستون در آن‌ها، از دیوار باربر نیمه پیش‌ساخته به روش قالب‌های عایق ماندگار استفاده می‌شود. قطعات این سازه‌های آماده ساختمانی، از پیش ساخته شده و به محل نصب انتقال داده می‌شوند.
پس از این‌که دیوار و سقف اجرا شد، طرفین آن‌ها با بتن، عایق می‌گردد. چون در این سیستم دیوارها و سقف یکپارچه هستند، توزیع بار و مقاومت در برابر نیروهای خارجی مانند زلزله تقریبا یکنواخت و همگن است.
- سازه ساختمانی پیش تنیده
بتن با این‌که مقاومت فشاری بالایی دارد، اما در برابر تنش‌های کششی عملکرد خوبی ندارد. به همین علت از بتن، بیشتر به عنوان مصالح بنایی استفاده می‌گردد. در تئوری پیش‌تنیدگی، از اعمال فشار دائمی، قبل از اعمال بارهای بهره‌برداری، برای کاهش و یا از بین بردن تنش‌های کششی استفاده می‌شود.
با کابل کشیده شده فولادی و مهار کردن آن از دو طرف، تنش فشاری دائمی در بتن ایجاد می‌شود. در بخش‌های پیش تنیده، با جابه‌جایی موقعیت کابل، مقدار و توزیع تنش فشاری قابل کنترل می‌باشد.
- سازه ساختمانی فضاکار یا فضایی
سازه فضایی یا فضاکار یکی از انواع سازه‌های ساختمانی بوده و یک ساختار سه بعدی، سبک و مانند خرپا را دارا است که همچون میله‌های کوچک طراحی شده و به صورت دقیق بر اساس میزان فشاری که لازم است تحمل کنند، ساخته می‌شوند. اگر به یک سازه فضاکار توجه داشته باشید، خواهید دید که از قطعات زیادی ساخته شده است که به هر قطعه یک فریم گفته می‌شود.
استحکام این سازه‌ها از طریق محاسبه بارهای خمشی وارد شده به سازه محاسبه می‌گردد. بارهای وارده به دو نوع بار کششی و بار فشاری تقسیم می‌شوند که در طول هر پایه یا فریم انتقال پیدا می‌کنند.
این سازه به عنوان پوششی زیبا در اماکن مختلفی چون نمایشگاه‌‌ها، پارک‌‌ها و مناطق تفریحی، پاساژهای تجاری بزرگ و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. سازه‌های فضایی از مزایای بسیاری همچون برخورداری از ساختار سبک، قیمت مناسب، انعطاف پذیری، استحکام بالا، امکان ساخت آسان و غیره برخوردار می‌باشند.
سازه‌های فضایی خود در انواع مختلف سازه فضاکار با فرم دیسکی، فرم چلیک، فرم هرم، فرم تخت، فرم تخت دو طرف شیبدار، فرم گنبد، فرم سینوسی و فرم نیم قوسی ساخته می‌شوند.
سازه بتنی
سازه بتنی سازه‌ای است که در ساخت آن از بتن یا به‌طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و فولاد) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستون‌ها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب می‌شود.
امروزه بسیاری از پل‌ها را از بتن آرمه می‌سازند. برای استفاده از پل‌های بلندتر و بیشتر شدن فاصله پایه پل‌ها، از تیر پیش‌تنیده استفاده می‌شود. شماری از مزایای سازه‌های بتنی به شرح زیر است:
- امکان ساخت انواع سازه‌های بتنی مانند پل و ستون به علت قابلیت شکل‌پذیری بالای بتن
- برخورداری از مقاومت قابل توجه در برابر حرارت و آتش‌سوزی
- در دسترس بودن مواد اولیه بتن (شن و ماسه)
- دارای مقاومت بالا در برابر شرایط محیطی مختلف
جمع بندی
در این مطلب به معرفی آن‌که سازه چیست، کاربرد سازه چیست و بررسی انواع آن، پرداختیم. سازه در حقیقت مجموعه‌ای از چند عضو متصل به یک دیگر است که برای نگهداری و یا انتقال نیرو و برای تحمل بارهای وارده ساخته می‌شود. این بارها شامل مواردی همچون بارهای مرده، بارهای زنده و زلزله می‌شوند. سازه ساختمانی، سازه فولادی و سازه بتنی از انواع سازه هستند که هر کدام مزایا و کاربردهای منحصر به خود را دارا می‌باشند.
منبع(Resource): STEEL STRUCTURE INTRODUCTION
سوالات متداول
سازه ساختمان چیست؟
به یک ساختار معماری یا مهندسی ثابت که مجزا از دیگر ساختارها قابل تشخیص باشد، سازه ساختمانی گفته می‌شود.
انواع سازه های فلزی کدامند؟
انواع سازه‌های فلزی شامل سازه‌های فلزی معلق، قابی، خرپایی و پوسته‌ای هستند.
انواع سازه کدام است؟
انواع سازه شامل مواردی همچون سازه بتنی، سازه فولادی و سازه ساختمانی می‌شود.
