طراحی سازه ساختمان ها

طراحی سازه چیست ؟

طراحی سازه یا محاسبه سازه ، از وظایف مهندس عمران (مهندس محاسب) محسوب می شود . یک سازه خوب از خروجی های ذهن و قابلیت یک مهندس باهوش و با تجربه پدیدار می شود ، که با ضوابط علمی هر اقلیم دارای استحکام کافی و قابلیت های مهندسی بسیار عالی و متناسب می باشد . طراحی سازه در بین مهندسین شاید متفاوت باشد اما نکات مهمی که باید به آن ها توجه شود این است که مهندس محاسب تمامی ضوابط را روی طراحی اعمال کند و ثانیا این طراحی سازه کاملا بهینه باشد زیرا یک طراحی بهینه سازه در اجرا ، هزینه های مصالح را بسیار جبران می کند و در اینجاست که سازندگان باید تفاوت یک سازه بهینه و یک سازه معمولی را متوجه باشند .

طراحی سازه به زبان ساده یعنی طراحی عناصر باربر (ستون ، تیر ، دیوار برشی ، مهاربند و ...) برای رسیدن به مقاومت لازم جهت ایستایی بنا . سازه یک ساختار مهندسی ثابت است که به طور جداگانه از دیگر ساختارها قابل تشخیص باشد .

در مراحل طراحی سازه و تحلیل سازه تمامی جوانب با دقت بررسی و ارزیابی می شوند. ساختارهایی که با برنامه ریزی های دقیق به این روش ساخته می شوند قادرند بارهای اضافی وارد شده به کل سازه را تحمل کرده، در برابر شکست و حوادث، مقاومت بالایی داشته و از همه مهمتر، در یک دوره زمانی بسیار طولانی همچنان ثبات و پایداری خود را حفظ کنند.  

چگونه المان های سازه ای را طراحی کنیم ؟

شما برای طراحی عناصر سازه ای باید با مفاهیم اولیه مانند استاتیک ، مقاومت مصالح ، دروس بتن و فولاد و بارگذاری ها آشنا شوید . در این بین پس از دانش کافی یادگیری نرم افزار ها نیز قدم مهمی است . در حال حاضر مهندسین محاسب سازه یک ساختمان را به کمک ابزار هایی نظیر نرم افزار ایتبس (ETABS ) و ( safe ) طراحی می کنند .

پس از طراحی سازه فایل آن باید توسط سازمان نظام مهندسی هر استان بررسی شود و اگر نیاز به تغییرات یا اصلاح باشد از طریق کارتابل با مهندس طراح سازه ارتباط برقرار می کنند .

مهندسین سازه جهت طراحی سازه باید از سازمان نظام مهندسی پروانه اشتغال دریافت کنند و پروانه اشتغال به کار مهندسی خود را در شهرداری شهر خود ثبت نمایند که بتوانند کد شهرسازی اخذ نمایند تا نقشه های سازه را با مهر خود تأیید کنند .

مهندس طراح سازه قبل از شروع به طراحی نیاز به فایل طراحی معماری دارد . زیرا این معمار است که تعداد طبقات ساختمان ، وضعیت پلان ها ، جایگذاری راه پله و جایگذاری ستون ها را تعیین می کند . مثلا وقتی مهندس معمار جانمایی ستون ها را مشخص کرده مهندس محاسب نمی تواند سر خود ستون ها را جابجا کند یا ابعاد ستون ها را دستکاری نماید زیرا ممکن است این عمل منجر به حذف تعداد پارکینگ و یا با ضوابط معماری مغایر شود . تا وقتی طرح معماری کاملا به تأیید مراجع صدور پروانه نظیر شهرداری و یا نظام مهندسی نرسیده باشد نمی توان طرح سازه را نهایی کرد . نتیجه این موضوع این می شود که یک مهندس محاسب موفق باید از ضوابط معماری نیز آگاه باشد .

بنابراین علم طراحی سازه، ساخت انواع ساختارهای دارای استحکام است که با گذشت قرن ها همچنان پایدار بمانند. مانند همان چیزی که در آثار تاریخی و باستانی به جای مانده از قرن های گذشته مشاهده می‌کنیم. کوچکترین انحراف از اصول استاندارد در طراحی سازه منجر به ساختمان ‌های ناپایدار خواهد شد و انواع سازه که غیر استاندارد محسوب می شوند ، پیامدهای جدی را در مواجهه با حوادث در پی خواهد داشت .

طراحی سازه شامل ۳ مرحله اصلی : برنامه ریزی ، طراحی و ساخت

مرحله برنامه ریزی در طراحی انواع سازه بسیار حائز اهمیت می باشد . در مرحله برنامه ریزی دقیقاً با بررسی بر و کف زمین ، شیب و ابعاد سطح پیشروی و محل احداث بنا مشخص می شود که ابعاد سازه ، طرح اولیه و شکل نهایی پروژه به چه صورت خواهد بود. در مراحل برنامه ریزی قبل از طراحی سازه ، مهندسان راهکارهای احتمالی و همچنین راهکارهای جایگزین را پیشنهاد می‌دهند و این مسائل با توجه به ساختار اصلی سازه معرفی می شود .

توجه به مسائل زیبایی شناسی ، متناسب بودن طرح سازه با فرهنگ و آداب و رسوم جامعه، ملاحظات و مجوزهای قانونی ، مسائل اقتصادی و بودجه مالی و همچنین مسائل مرتبط با محیط زیست در طراحی سازه در نظر گرفته می شود. تمام محدودیت هایی که ممکن است طراحی انواع سازه ها را دچار چالش کند به طور دقیق بررسی می گردد و راه حل های جایگزین و کاربردی ارائه می شود .

در دومین مرحله طراحی سازه  شامل ارائه طرح اصلی و برنامه ریزی دقیق است. این مرحله عموماً به صورت نقشه کشی فیزیکی و کار با نرم افزارهای رایانه ای پیگیری می شود .

سومین مرحله در طراحی سازه شامل مراحل ساخت و ساز است. تمام تجهیزات، ماشین آلات، مواد اولیه و نیروی کار فراهم می شود و مراحل اجرای پروژه آغاز می گردد. مهندسین ناظر بر تمام مراحل ساخت به طور دوره ای و روزانه نظارت دارند. در این قسمت، تحلیل چالش ها، مشکلات و ارائه راهکارها بر عهده تیم ناظر قرار می گیرد .

برخی از نکات مهم در طراحی سازه

- طراحی سازه ها، پیچیدگی ها و تجزیه تحلیل بیشتری نیاز دارد. این موضوعات باید توسط یک مهندس مجرب بررسی و حل شود .

- تمام مراحل طراحی و ساخت و ساز انواع سازه، رعایت استانداردهای ساخت و ساز و مسائل زیست محیطی اهمیت دارد .

- مهندس محاسب باید طوری سازه را طراحی کند که المان های مورد استفاده در طراحی به صورت راحت و قیمت مناسب در بازار پیدا شود .

- بخش بزرگی از طراحی سازه از طریق نرم‌ افزارهای مهندسی انجام می‌شود، بنابراین یک متخصص نرم افزار و برنامه های رایانه ای در تیم مهندسی باید حضور داشته باشد .

- در طراحی انواع سازه ، میزان فشار وارد شده بر ستون ها و کل ساختمان از طریق فرمول های مهندسی محاسبه می شود .

- برای طراحی سازه از انواع مواد اولیه فلزی و غیر فلزی استفاده می شود، بنابراین برای محاسبات ریاضی در قسمت‌های مختلف به جنس ماده و خواص فیزیکی و مکانیکی از جمله مقاومت های کششی و فشاری و خمشی آن باید دقت گردد .

- اگر طراحی سازه برای بناهایی پیشنهاد شود که شکل ظاهری آن به صورت طرح های مدرن و غیر متعارف می باشد، محاسبات باید دقیق تر بوده و مواد ساختمانی از استحکام بالا برخوردار باشند. تحمل وزن سازه بر روی پایه های اصلی عامل مهمی است که در طراحی به آن پرداخته می شود .

- ابعاد و اندازه های ستون ها و محل قرارگیری آنها در زوایای مختلف، رکن اصلی طراحی سازه به شمار می رود .

مهندسی سازه  ( Structural engineering)

در مهندسی عمران ، سازه در مورد ساختارهای انتقال بار از اجزاء یک ساختمان یا بنا به محل تکیه‌گاهی آن مانند پی سازه صحبت می‌کند. مهندسی سازه گرایشی از مهندسی است که با طراحی سیستم‌های سازه‌ای به هدف تأمین باربری و ایجاد مقاومت در برابر نیروهای گوناگون وارد بر سازه سروکار دارد. مهندسی سازه عمدتاً با طراحی ساختمان‌ها و سازه‌های غیر ساختمانی سر و کار دارد و همچنین نقشی ضروری در طراحی ماشین آلات در جاهایی که یکپارچگی سازه‌ای بر روی ایمنی و اطمینان‌پذیری ماشین تأثیر دارد بازی می‌کند. طراحی بسیاری از ساخته‌های دست بشر، از مبلمان تا تجهیزات پزشکی، از خودرو و ... نیاز به حضور مهندس سازه دارد.

تاریخچه مهندسی سازه

تاریخچه مهندسی سازه با آغاز یک جا نشینی بشر آغاز شد. اولین تاریخچه مدون مهندسی سازه با ساخت اهرام پله‌ای در مصر توسط آمون هوتپ، که اولین مهندسی که با نام شناخته می‌شود بازمی‌گردد و پیش از آن مقابر مصطبه ای شکل بودند که ساختار ساده تری داشتند . در این دوره می توان از سازه‌های عظیمی چون اهرام در مصر، زیگورات چغازنبیل و پارسه (تخت جمشید) در ایران و بناهای نام برد.

گام های طراحی سازه

پس از طراحی معماری ساختمان و تأیید نهایی پلان های ساختمان این پلان ها در اختیار مهندس سازه قرار می گیرد تا سازه ای مناسب و بهینه را طراحی کند .

- تعیین جنس سازه (بتن ، فولاد ، مرکب )

- تعیین سیستم مقاوم در برابر زلزله (قاب مهاربندی ، قاب خمشی ، سیستم 2گانه و ...)

- نحوه جانمایی تیرها و در صورت نیاز مهاربندها / دیوار برشی

- گام بعدی بارگذاری سازه می باشد .

طراح سازه کیست؟

رشته مهندسی عمران یک رشته بسیار جذاب است چرا که زمینه های کاری بسیاری در آن وجود دارد. به عبارت دیگر یک فارغ التحصیل رشته مهندسی عمران در زمینه های کاری مختلفی می تواند وارد بازار کار بشود. یکی از زمینه های بسیار کاربردی و مهم در مهندسی عمران طراحی سازه است. به فردی هم که کار طراحی و محاسبات سازه را انجام می دهد طراح سازه می گویند. به عبارت دیگر طراح سازه به شخصی گفته می شود که اولا به مباحث آیین نامه ای مسلط بوده و بتواند بندهای مختلف آیین نامه را تفسیر کرده و پس از آن با نرم افزارهای طراحی سازه به طور کامل آشنا بوده و به آن تسلط داشته باشد تا بتواند تفسیرهای انجام شده از آیین نامه را در مدل نرم افزاری خود اعمال کرده و یک سازه را به طور کامل طراحی کند .

وظیفه طراح سازه چیست؟

مهندس طراح سازه وظیفه دارد تا نقشه های معماری که معمولا تهیه آن ها بر عهده مهندس معمار است را به مدل های سازه و نرم افزاری تبدیل کرده و سپس با خروجی گرفتن از نرم افزارهای طراحی سازه این مدل ها را به نقشه های اجرایی (نقشه های سازه ای) تبدیل کند. همان طور که پیش تر اشاره شد یک مهندس طراح سازه باید بر موارد زیر به طور کامل مسلط باشد.

- آشنایی با آیین نامه های طراحی سازه و توانایی تفسیر آن ها

- آشنایی و تسلط بر نرم افزارهای طراحی سازه

- آشنایی و تسلط بر نقشه کشی سازه

روش های کسب درآمد طراح سازه

پس از آن که یک مهندس عمران موارد گفته شده در بالا را به خوبی آموخت و در آن ها به مهارت رسید حال می تواند برای کسب درآمد از حرفه طراحی سازه که برای آن چندین روش مختلف وجود دارد اقدام کند. در ادامه به معرفی اجمالی و مختصر روش های گوناگون کسب درآمد از طراحی سازه می پردازیم .

• استخدام در شرکت های مهندسی مشاور طراحی سازه

یکی از روش های متداول کسب درآمد برای مهندسان طراح سازه استخدام در شرکت های مهندسی مشاور ساختمان و یا دفاتر فنی مهندسی است. در این حالت مهندس طراح سازه یک حقوق ثابت ماهیانه به عنوان دستمزد از شرکت مهندسی مشاور دریافت خواهد کرد .

• انجام پروژه های طراحی سازه به صورت شخصی

دومین راه کسب درآمد برای یک شخص که توانایی طراحی سازه دارد گرفتن پروژه به صورت شخصی است. پس از مدتی که یک مهندس طراح سازه تجربه و اعتبار کسب کرد می تواند به صورت شخصی به انجام پروژه های طراحی سازه بپردازد. برای این کار لازم است تا شخص آنقدر توانایی داشته باشد تا بتواند به تنهایی از پس طراحی انواع سازه های مختلف بربیاید. در این حالت فرد می تواند به یک درآمد خوب مهندسی دست پیدا کند .

نکات مثبت و منفی شغل طراحی سازه

شغل طراحی سازه هم مانند سایر شغل های دارای نکات مثبت و منفی می باشد. در ادامه ابتدا به ویژگی های مثبت شغل طراحی سازه می پردازیم .

از مهم ترین مزایای شغل طراحی سازه آن است که این حرفه و شغل دارای یک درآمد ثابت و مشخص نمی باشد. به عبارت دیگر مقدار درآمد هر مهندس طراح سازه را خودش رقم می زند. از جمله عواملی که بر این درآمد تاثیر گزار است میزان توانایی، تسلط شخص بر آیین نامه ها و نرم افزارهای طراحی سازه و سرعت انجام پروژه است. به عنوان مثال درآمد مهندسی که مهارت و سرعت لازم برای انجام بین 20 تا 30 هزار متر مربع را به صورت ماهیانه دارد با یک مهندس دیگر که سرعت انجام پروژه اش به نحوی است که ماهیانه حداکثر می تواند 10 هزار متر مربع طراحی سازه انجام دهد قابل مقایسه نیست. به همین جهت در صورت تمرین و تکرار شخص می تواند سرعت انجام پروژه را بالا برده و نهایتا به درآمدهای بالاتری نیز دست پیدا کند .

از جمله نکات مثبت دیگر این شغل آن است که مهندسان تازه وارد به حرفه طراحی سازه بسیار زود رشد می کنند، چرا که در این حرفه مهندس ماهر از لحاظ جمعیت تعداد کمی دارند .

از نکات منفی شغل طراحی سازه می توان به درگیر بودن این شغل با آموزش دیدن اشاره کرد. در واقع یک مهندس طراح سازه تا آخر عمر شغلی خود باید درگیر آموزش دیدن باشد. این آموزش دیدن عموما پس از دانشگاه فرد شروع می شود چرا که مهارت های مورد نیاز بازار کار متاسفانه در دانشگاه به دانشجویان مهندسی عمران آموزش داده نمی شود. در نتیجه فرد برای تبدیل شدن به یک طراح سازه لازم است تا آموزش ببیند تا بتواند مهارت های مورد نیاز را کسب کند. برای تبدیل شدن به یک طراح سازه برند و با اعتبار این آموزش دیدن باید به صورت مستمر تا پایان عمر ادامه پیدا کند چرا که به دلیل پیشرفت علم و تکنولوژی، آیین نامه ها و نرم افزار های طراحی سازه هر ساله بروز رسانی می شوند و شخصی که با این پیشرفت علم و دانش حرکت نکند قطعا جایی در بازار کار آینده طراحی سازه نخواهد داشت .

قدم های ورود به بازار کار طراحی سازه

برای ورود به بازار کار طراحی سازه و رسیدن به درآمدهای بالا لازم است تا اولین قدم که همان خواستن فرد است به موقع برداشته شود. بهترین زمان برای آمادگی ورود به بازار کار طراحی سازه زمان دانشجویی و یا اوایل فارغ التحصیلی است. در این زمان فرد خیلی از محیط دانشگاه و آکادمیک فاصله نگرفته است و ذهنش هم چنان خلاق و آماده ی پذیرش موارد جدید است . البته لازم به ذکر است با فاصله گرفتن از زمان دانشجویی و یا فارغ التحصیلی هم امکان یادگیری طراحی سازه وجود دارد ولی چون شخص مدتی از این مباحث دور بوده است قدری سخت تر این کار انجام شود چرا که ذهن پویایی زمان فارغ التحصیلی را ندارد .

دومین قدم برای ورود به بازار کار طراحی سازه ، کسب مهارت و آموزش دیدن طراحی سازه به قصد ورود به بازار کار است. هم اکنون دوره ها و آموزش های مختلفی در موسسات بسیاری در حال برگزاری است که این دوره ها معمولا هزینه های سنگینی هم دارند. اما سوال این جاست که چرا با وجود این همه دوره آموزشی مختلف تعداد طراحان خوب سازه بسیار کم و در هر شهری انگشت شمار است ؟

علت این امر آن است که در این کلاس ها و دوره ها متاسفانه به آموزش ایتبس و سیف پرداخته می شود و نه به آموزش طراحی سازه! به زبان دیگر شخص پس از شرکت در این دوره ها تبدیل به یک اپراتور نرم افزار می شود. اپراتور نرم افزار ایتبس کسی است که می تواند بارها و بارها پروژه ای که قبلا آن را آموزش دیده است مجددا طراحی کند اما در انجام پروژه های جدید و چالش دار با مشکل مواجه می شود. به همین دلیل است که تعداد مهندس محاسب خوب بسیار کم است و کسی که به طراحی سازه مسلط باشد و آموزش طراحی سازه دیده باشد و نه صرفا آموزش نرم افزار به راحتی می تواند در طی زمان  به درآمدهای بالا برسد .