حتما همه شما تاکنون نام طراحی بهینه سازه را شنیده اید. اما تفاوت بین بهینه سازی یک سازه و تعمیر، مرمت، تطبیق و بازسازی چیست؟ بهترین شرکت بهینه سازی ساختمان کدام شرکت است؟ می دانید که برنامه ارائه شده توسط طراح بدون کاهش عملکرد و استحکام سازه تا ۳۰ درصد ساده می شود و در هزینه های ساخت صرفه جویی می گردد. این فرضیه کاملا عملی می باشد. به عنوان مثال کاهش ۳۰ درصد وزن میلگرد، ۳۰ درصد حجم بتن و با این حال استحکام سازه کاهش نمی یابد، بلکه افزایش می یابد. اما چرا و چگونه؟
برای درک هر یک از این اصطلاحات تا پایان این مقاله از سایت کیلوتن با ما همراه باشید و اجازه دهید شما را با بهترین شرکت ساختمانی و عملکرد آنها در طراحی آشنا کنیم. این کار یک معجزه نیست، فقط استفاده از دانش فنی و هوش مصنوعی در طراحی بهینه سازه هاست. این مقاله تمام جزئیات مفهومی بهینه سازی ساختمان را توضیح می دهد. علاوه بر این جهت اطلاع از قیمت میلگرد و قیمت تیرآهن می توانید با کارشناسان ما در سایت کیلوتن تماس بگیرید.
طراحی بهینه سازه چیست؟
برای درک بهتر این اصطلاح، ابتدا باید اصطلاحات مشابه را توضیح دهیم تا معنای واقعی بهینه سازی را تعریف کنیم. می دانید که واژه مرمت یا تعمیر زمانی به کار می رود که سازه ای ظرفیت باربری خود را از دست داده باشد و بخواهیم باربری یا استفاده آن را بازیابی کنیم. به عنوان مثال، مرمت بناهای تاریخی مجموعه اقداماتی است که سعی در بازگرداندن پایداری بنا از نظر تحمل بار و ظاهر و ساخت بنا به روزهای اول کاری دارد. در حین انجام این فعالیت ها ظرفیت باربری ساختمان افزایش نمی یابد و اقدامات ما تنها ظرفیت باربری از دست رفته ساختمان را برمی گرداند.
کلمه مقاوم سازی زمانی به کار می رود که بخواهیم ظرفیت باربری یک عنصر یا کل سازه را افزایش دهیم. به عنوان مثال، هدف از مقاوم کردن پل، افزایش ظرفیت حمل آن برای تحمل بارهای سنگین تری است که از آن عبور می کنند، که معمولا با تغییر مکان عناصر آن مانند ستون ها انجام می شود.
بهبود و بهینه سازی مجموعه ای از روش ها و ترفندهایی است که سازه را قادر می سازد با حداکثر ظرفیت و عملکرد بهینه کار کند. پروژه های نوسازی ممکن است از روش های نوسازی، تعمیر و بازسازی استفاده کنند یا از هیچ کدام استفاده نکنند و یک سیستم پشتیبانی جانبی یا تعداد زیادی ستون اضافه نمایند.
آشنایی با بهترین روش های طراحی بهینه سازه
در حال حاضر روش های مختلفی برای بهبود سازه ها وجود دارد. اما استفاده از برخی از این روش ها برای بهبود سازه در شرایط واقعی و سازه های پیچیده به اندازه کافی مناسب نیست. برخی از روش های موثر مورد استفاده برای بهبود ساختار یک سازه در ادامه نشان داده شده است.
۱. تجزیه و تحلیل غیرخطی ترک
قوانین طراحی سازه های بتنی ضرایبی را برای در نظر گرفتن ترک خوردگی و کاهش سختی اجزا در نظر می گیرد که در برخی موارد حاشیه ایمنی طرح را افزایش داده و باعث انحراف طرح سازه از شرایط بهینه می شود.
در روش تحلیل ترک غیرخطی، ضریب کاهش سختی قطعات مختلف با توجه به خواص آن ها محاسبه می شود و مقادیر محاسبه شده برای تحلیل و طراحی سازه استفاده می شود. این قابلیت ها طراحی را به واقعیت نزدیکتر می کند و روند طراحی بهینه سازه را سرعت می بخشد.
۲. تحلیل برهمکنش سازه و خاک
معمولا در طراحی لرزه ای ساختمان ها، تعامل بین خاک و سازه اغلب نادیده گرفته می شود. اما به طور کلی کارکرد سازه در برابر نیروهای مختلف، به عملکرد سه جزء مرتبط با هم، از جمله فونداسیون پی، اسکلت و زیر خاک اشاره دارد. در روش تحلیل SSI (برهمکنش خاک و سازه)، با در نظر گرفتن اندرکنش عملکرد هر سه مولفه در برابر ارتعاشات زلزله، این جنبه بیشتر بهبود می یابد. در تجزیه و تحلیل این روش طراحی بهینه سازه، تأثیر حرکت خاک به دو عامل بستگی دارد:
- اندازه انرژی دریافتی
- انعطاف پذیری و خواص خاک
در توضیح مورد اول می توان گفت که تاثیر رابطه زمین و سازه در سازه های سنگین از اهمیت بیشتری برخوردار است. در مورد اثر خواص خاک می توان گفت که ارتباط بین خاک و سازه در خاک نرم موثرتر است.
۳. کاهش نیروهای اضافی و عدم یکنواختی ساختار
ناپایداری ساختاری باعث دور شدن مرکز جرم و مرکز سختی از یکدیگر می شود. افزایش این فاصله منجر به افزایش لنگر خمشی ناشی از نیروی زلزله می گردد. این امر فشار زیادی را به ساختمان وارد می کند. بنابراین برای طراحی بهینه سازه تا حد امکان باید از ناهمواری سازه پرهیز کرد و مراکز جرم و سختی به هم نزدیک باشند و در عین حال سفتی قطعات را به درستی توزیع کنند. ضمناً طراحی فونداسیون باید به گونه ای انجام شود که نیروهای وارده منجر به تشکیل لنگرهای خمیده و نیروهای اضافی نشود.
۴. تجزیه و تحلیل تاریخچه زمانی
به طور کلی استفاده از تحلیل دینامیک با طراحی معماری مناسب همراه است. به این ترتیب رفتار سازه ها به رفتار واقعی آنها نزدیکتر می شود. تحلیل تاریخچه زمانی نیز برای تعیین پاسخ دینامیکی سازه به بارگذاری لرزه ای استفاده می شود. این تحلیل خطی و غیر خطی است. در این روش معادله تعادل وابسته به زمان به روش های مختلف حل می شود.
۵. سبک سازی برای طراحی بهینه سازه
گاهی اوقات سبک ساختن سازه ها به روش های مختلف، به عنوان مثال استفاده از مصالح سبک مانند فولاد آلیاژی سبک، راه حلی برای بهبود سازه ها است. با کاهش وزن سازه مورد نیاز و همچنین کاهش مقاومت کششی سازه، نیروی زلزله به دلیل وابستگی به وزن سازه کاهش می یابد و این امر در راستای بهسازی سازه ها عمل می کند.
۶. الگوریتم ها و روش های کلاسیک طراحی بهینه سازه
در این روش اجزای سازه ای مناسب با استفاده از الگوریتم های مختلف انتخاب می شوند. این روش برای سازه های کمتر پیچیده استفاده می شود. در این روش از الگوریتم های مختلفی برای بهینه سازی استفاده می شود که از جمله می توان به الگوریتم های کلونی مورچه، الگوریتم جمعیت پرندگان، الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ترکیبی اشاره کرد. استفاده از الگوریتم ها نیازمند محاسبات و برنامه های کامپیوتری است.
علاوه بر موارد فوق، برخی راهکارهای جانبی نیز می توانند برای بهینه سازی سازه های فولادی و بتنی موثر باشند. راه حل های موثر عبارتند از:
- استفاده از پلان های منحنی به جای پلان نبشی در سازه های بلند باعث کاهش نیروی ناشی از باد بر سازه می شود.
- استفاده از اتصالات جوشی مناسب مانند جوش زیر پودری به جای اتصالات پیچی باعث بهبود طراحی بهینه سازه و کاهش وزن سازه های فلزی حدود ۱۰ درصد می شود.
- استفاده از عناصر سازه ای غیر سبک در سازه باعث کاهش وزن و دستیابی به مقطع مناسب تر در اعضای سازه می شود.
- استفاده از فولاد با مقاومت بالا نیاز به استفاده از سخت کننده ها را در ساخت اسکلت فولادی کاهش می دهد.
- استفاده از پروفیل های کامپوزیت ساخته شده از بتن و فولاد به گونه ای که ویژگی های هر دو ماده را بهینه کند. همچنین ممکن است در افزایش راندمان ساخت و ساز موثر باشد.
با توجه به اهمیت بهینه سازی ساخت و سازها، شرکت های مهندسی با برخورداری از کارشناسان علمی برتر، دانش روز و تجربیات موفق متعدد، مطابق با طراحی بهینه سازه های مختلف فعالیت می کنند و آماده ارائه خدمات در این زمینه می باشند.
سخن پایانی
در نهایت می توان گفت که توسعه سازه توجه بسیاری از طراحان و کارگران در زمینه سازه را به خود جلب کرده است. شرکت های مطرح دنیا در طراحی ساختمان های بلندمرتبه مانند Arup و SOM نیز وارد این عرصه شده اند و در حال توسعه پروژه های بتنی هستند.
زمان آن فرا رسیده است که با توجه به محدودیت های مالی بیشتر در ایران، شاهد ساختارهای بهتر و ایمن تر باشیم. چه بخواهیم و چه نخواهیم، علوم کامپیوتر، فناوری اطلاعات و هوش مصنوعی دنیای ما را تغییر خواهند داد و مهندسی و طراحی بهینه سازه نیز از این قاعده مستثنی نخواهد بود.
