سازه

خارجیا به سازه، STRUCTURE یا استراکچر میگن. مهندس عمران باشی و ندونی منظور از استراکچر همون سازه است خیلی ضایعس (پس لیسن👂 اند ریپیت 🗣 سازه استراکچر سازه استراکچر سازه استراکچر …).

 

1- تعریف سازه

 

1-1- تعریف عمومی سازه

اولین تعریفی که یک مهندس عمران باید بدونه، تعریف سازه است. اگه بخوایم یک تعریف خیلی خیلی ساده از سازه بگیم، میشه گفت تمام ساختمون ها و ماشین ها و چیزهایی که ما معمولا تو زندگی روزمره ازشون استفاده میکنیم، برای نگهداری اعضا و قطعاتشون در کنارهم نیاز به یک اسکلتی دارن که به این اسکلت، سازه میگن.

اسکلت بدنمون یک مثال ساده و دم دستی از سازه است. بدن ما بدون اسکلت مانند کرم، شل و نرمه. این اسکلت یا همون سازه باربر بدنه که به بدن شکل میده و یک سازه محکم ایجاد میکنه تا وزن بدن را تحمل کنه (حالا هرچی چاق تر باشیم بار بیشتری به سازمون وارد میشه👊💀).

 

 

2-1-  تعریف مهندسی سازه

برای اینکه حق مطلب رو بصورت تمام و کمال ادا کنیم، لازمه یک تعریف مهندسی از سازه بگیم.  یک درخت رو تصور کنید، این درخت از مجموعه ای از اعضا مثل شاخه و برگ و تنه و ریشه تشکیل شده و در طول زندگیش تحت یکسری نیروها (مثل باد، برف و زلزله) قرار میگیره. درخت این نیروها رو عضو به عضو از برگ به شاخه، از شاخه به تنه و از تنه به زمین یا همون تکیه گاه منتقل میکنه. هرچیز دیگه ای مثل درخت که بتونه بدون اینکه خراب بشه بار رو به تکیه گاه منتقل کنه، بهش سازه میگن.

الان یک تعدادی میگن که درخت تحت طوفان شدید میشکنه؟ ( در مثل مناقشه نکنید😉). درسته که درخت با طوفان شدید میشکنه ولی دلیل نمیشه که سازه نباشه. پس بهتره جمله ی بالارو اصلاح کنیم که حرف و حدیثی هم توش نباشه. سازه باید تحت بار عادی (باد) خراب نشه ولی اگه تحت بار غیرعادی (طوفان) خراب شد ایرادی نداره. حالا بریم سراغ تعریف مهندسی از سازه که از اول بهتون قول داده بودیم، به یک عضو و یا مجموعه ای از اعضاء که بار رو تحمل کرده و بصورت ایمن و اقتصادی به تکیه گاه (زمین) منتقل میکنند، سازه میگن.

 

2- انواع کلی سازه ها

سازه ها در یک دسته بندی کلی به دو گروه تقسیم میشن:

 

1-2-  سازه های طبیعی:

سازه هایی که ساخته دست بشر نیستند، این سازه ها خود به سه گروه تقسیم میشن:

• حیوانات مانند سدساختن سگ آبی، تونل سازی موش کور، تپه های موریانه ها و …
• گیاهان مانند شاخه و تنه درختان و …
• زمین شناسی مانند غارها و کوه ها و …

 

 

2-2- سازه های مصنوعی:

سازه هایی که ساخته دست بشر هستند، این سازه ها خود به دو گروه تقسیم میشن:

• سازه های دایمی مانند ساختمان‌ها، پل‌ها، سدها و دکل‌های برق و …
• سازه های موقت مانند چادرهای نمایشگاهی، دکل‌های تبلیغاتی و داربست‌های فلزی و …

 

 

ارتباط بین سازهای مصنوعی و طبیعی

بین سازه های مصنوعی و سازه های طبیعی ارتباط معناداری وجود داره. بیایم با طرح یک سوال، بحث رو بشکافیم. چجوری میشه توی یک امتحان قبول شد؟ دوتا راه وجود داره که البته یکیش بیشتر چاه تا راه. راه اول اینه که بچه زرنگی باشید و درستون رو خوب خونده باشید، راه دوم اینه که سر جلسه زرنگ بازی در بیارید (نگید تا حالا تقلب نکردید که دروغ گو دشمن خداست🤥). گفتیم دو نوع سازه داریم یکی سازه های طبیعی که خدا سازنده ی اوناست و یکی سازه های مصنوعی که ما سازنده ی اوناییم. دیگه نگم کی از رو دست کی تقلب میکنه.

مکانیزم و شکل تو مخلوقات خدا اونقد هوشمندانه هست که میتونه بهترین معلم برای ما انسان ها باشه. در واقع ارزان‌ترين، سريع‌ترين، بهترين و قابل اعتمادترين شيوه برای ساخت سازه‌هاي مصنوعی، الهام از طبیعت و سازه هایی هست که خدا اونارو خلق کرده.

 

 

3- حیوانات مهندس

ما انسان ها خیلی زرنگ باشیم تو 22 سالگی مهندس میشیم (اونم تازه یک مهندس صفر کیلومتر 🚗).  تو طبيعت موجوداتی زندگی میکنن که مهندس به دنیا میان. میگید نه؟ سه تا از این مهندسارو بهتون معرفی میکنم:

 

1-3- عنکبوت (مهندس سازه 🕷🕸):

ﺗﺎﺭ ﻋﻨﻜﺒﻮﺕ مثل ﺁﺏ، ﻟﻄﻴﻒ ﻭ مانند ﺩﺭﺧﺖ، ﺍﻧﻌﻄﺎﻑﭘﺬﻳﺮ است.  ﺳﺎﺯﻩﺍﻯ ﺷﮕﻔﺖ ﺍﻧﮕﻴﺰه ﻛﻪ ﺗﻤﺎﻣﻰ ﻣﻬﺎﺭﺕ ﻫﺎ ﺩﺭ اون بکار رفته. تار عنکبوت از فولاد محکم تره!!!.  اونقد محکمه که میشه از اون توری بسازین و باهاش بشکار هواپیما برید و یک بوئینگ ۷۴۷ رو متوقف کنید (فقط میشه گفت اوه مای گاد😨). تازه علاوه بر استحکام بالاش، در مقایسه با فولاد بسیار سبک تر و انعطاف پذیرتره، برای همینم به فولاد زنده معروفه.

این فولاد زنده اونقدر سبک و انعطاف‌پذیره که میشه ازش لباس تهیه کرد و پوشید. به‌طور معمول میتونیم مواد فوق العاده قوی (استحکام بالا) بسازیم، اما شکل پذیری این مواد کم میشه و میتونیم مواد با شکل پذیری بالا بسازیم، اما استحکام کم میشه. این دو ویژگی (شکل پذیری و استحکام بالا) بطور همزمان در تار عنکبوت وجود داره. با توجه به این ویژگی هایی که تار عنکبوت داره، سازه های بی نظیری میشه باهاش ساخت. اما حیف که پرورش و رام کردن عنکبوت کار ساده ای نیست (البته ته جیب خیلیامون توانایی زیادی در تولید تار داره👖).

 

 

2-3- مورچه (مهندس خاک 🐜):

مورچه ها استاد ساختن خونه هستند. اونا با استفاده از خاک و ترشحات دهنشون آجر میسازن و با روی هم قرار دادن این آجرها، نصف خونشون رو زیر زمین و نصف خونشون رو روی زمین میسازن. خونه هاشون مخروطی شکلن و ارتفاعشون حدود شش الی هشت متره!! (با توجه به شکل پایین اگه بگید زیر شش متره بی انصافی کردید📏).

تازه مورچه ها، خونه هاشون رو به امکانات رفاهی لازم برای یک زندگی راحت مجهز میکنند. مثلا برای تهویه هوای خونشون، برج هایی روی خونه هاشون میسازن. این برج ها هوای بیرون رو به داخل مارپیچ های زیرزمینی هدایت میکنه. عجیب تر اینکه هر طبقه اي تو خونه مورچه ها مخصوص كار خاصيه و برای همینم درجه حرارت هر کدوم از طبقات با بقیه فرق ميکنه (در یک کلام خونه هاشون خیلی لاکچریه🏰)!

 

 

3-3- سگ های آبی (مهندس آب 🚿🐶):

مهندس های شگفت انگیزی هستند که بر روی نهرها سد میسازن. سگ های آبی به سد سازی مشهورن. اگه گفتید چرا سد میسازن؟ اونا در واقع خونه میسازن نه سد. مکان مورد علاقه این سگ ها برای زندگی، مناطق استخرگونه است. سد میسازن تا در آبی که پشتش جمع میشه زندگی کنند.

سگ های آبی با دندونای بزرگی که دارن، میتونن درخت های تا قطر یک متر رو قطع بکنن. بعد با استفاده از کنده های درخت، خرده چوب، سنگ و گل، سد میسازن  تا دریاچه راکدی که مورد علاقشون هست درست بشه. اونا بعد ازسد ساختن،  با خزه ها سدهاشون رو تقویت میکنن. ارتفاع سدهاشون به دو متر هم میرسه. سدهایی که اونا میسازن ممکنه مسیر آب را تغییر بده و باعث سیل بشه (خداروشکر مقصر سیل پلدختر هم  پیدا شد 🌉👱‍♀️).

 

 

4- انواع سازها در مهندسی عمران

سازه ها (یادتونه گفتیم اجنبی ها چی بهش میگن؟ استراکچر🌎) رو از دید مهندسی میتونیم به شش گروه تقسیم کنیم:

 

1-4- سازه های جرمی (وزنی):

سازه های طبیعی یا مصنوعی ای هستند که از انباشتن مصالح روی هم ساخته میشن. عامل پایداری این سازه ها در مقابل نیروهای وارده، وزن این سازه هاست. مثل اهرام، کلبه اسکیموها، سد سگ آبی و …

 

 

2-4- سازه های قابی:

مجموعه ای از تیرها (اعضای افقی) و ستون ها (اعضای قایم) هستند که با استفاده از اتصالات صلب (سیستم قاب خمشی) و یا اتصالات مفصلی (سیستم قاب ساختمانی ساده) به هم متصل میشن. در این سازه ها، بارهای وارده بوسیله اعضای افقی (مثل تیر و دال) و اعضای عمودی (مثل ستون و دیوار باربر) به زمین منتقل میشه. سازه های قابی بدلیل سادگی و سرعت در اجرا،  متداول ترین سیستم برای احداث سازه های چند طبقه با پلان مشابه هستن.  از سازه های قابی در ساخت ساختمان های مسکونی، اداری و تجاری استفاده میشه.

 

 

3-4- سازه های خرپایی:

– سازه های مثلثی (چون مثلث نسبت به شکل های دیگه پایداری بیشتری داره) شکلی که از اعضای مستقیم (بدون انحنا) تشکیل شدن.

– اعضای این سازه کششی و فشاری (محوری) هستن و هیچ نیروی برشی، پیچشی و لنگر خمشی در اعضا ایجاد نمیشه (همونجور که در خرپای پایین میبینید، تحت بار ثقلی در اعضای سبز، نیروی فشاری و در اعضای قرمز، نیروی کششی ایجاد میشه).

– کلیه اتصالات درونی سیستم های خرپایی از نوع مفصلیه.

– در بارگذاری خرپا همیشه نیروهای وارده به گره های خرپا وارد میشه نه به اعضای آن (اعضای کششی و فشاری) چراکه درغیر این صورت تنش خمشی درون اعضا ایجاد میشه و ممکنه خراب بشن.

– خرپا همیشه در دو بعد گسترش پیدا میکنه (درون یک صفحه است). اگر اعضای اون در جهت سوم گسترش پیدا کنن، بهش خرپای سه بعدی یا سازه فضا کار میگیم.

خرپا رو بدلیل قابلیت پوشاندن دهانه های بزرگ و نیز مشابه بودن اجزای اون (که باعث سادگی در اجرا میشه)، بیشتر برای پوشاندن سقف‌ها (به ویژه سقف‌‌هایی با دهانه‌های بزرگ)، پل‌ها، احداث بناهای عمومی و سالن های چند منظوره استفاده میکنن.

 

 

4-4- سازه های طاقی ( قوسی):

اکثر مصالحی که در گذشته در ساختمان ها استفاده میشد مصالح فشاری بودن یعنی تحت بارهای وارده توانایی خوبی برا مقابله با فشار داشته و در برابر نیروی کششی مقاومت خوبی نداشتن. بنابراین همیشه مهندسان تو فکر اجرای سازه هایی بودن که بارهای وارد به اون ها به نیروهای فشاری تبدیل شده و از ایجاد نیروی کششی تو سازه جلوگیری کنن. فرم های مثل طاق، قوس و گنبد از این دسته سازه ها بودن.

طاق، قوسی هست که در بعد سوم گسترش پیدا کرده (پس قوس یک عنصر سازه ای دوبعدیه). به زبان ساده تر میتونیم بگیم نسبت طاق به قوس مثل نسبت دال به تیره. گنبد، قوسی هست که با دوران کامل حول یک محور شکل گرفته. اکثر گنبدها دایره ای شکل هستن (نمونه های بیضی هم موجوده). این سازه ها مقاومت فشاری نسبتا زیاد و مقاومت کششی ضعیفی دارند. برای همین از چوب به عنوان عنصری کمکی، جهت تقویت مقاومت کششی سازه و عاملی برای ایستایی بنا استفاده میشه. از این نوع سازه بیشتر در معماری مساجد و معابر برخی مکان های مذهبی استفاده میشه .

 

 

5-4- سازه های معلق:

در این سیستم سازه ای، همونجور که در شکل پایین نشون داده شده برخی المان ها به فرم کششی برای تحمل بارهای ثقلی طراحی میشن (اکثرا کابل های کششی با مقاومت زیاد هستند). کابل موجود در این سازه ها همیشه به عنوان عضو کششی کار میکنه (مثل شکل پایین). سازه های معلق، یکی از معروف ترین سیستم ها برای پل سازی است اما در ساختمان سازی و بلند مرتبه سازی هم به ندرت ازشون استفاده میشه.

 

 

6-4- سازه های پوسته ای:

پوسته، سازه نازکی با سطح منحنیه که بارها رو از طریق کشش، فشار و برش تحمل میکنه. پوسته جزء گروهی از سازه هاست که با تغییر هندسه کارایی خودشو پیدا کرده. انحنای روبه بالا، سختی و ظرفیت تحمل بار پوسته را افزایش میده. از اونجائیکه سطح منحنی نسبت به سطح صاف بار بیشتری تحمل میکنه برای همینم پوشش دهنه های بزرگ با سقف های پوسته ای امکان پذیره.

پوسته با اینکه از لحاظ ظاهری شباهت زیادی به طاق داره، اما  مقاومت کششی اون باعث میشه (تحت باروارده) رفتار متفاوتی نسبت به سازه طاقی از خودش نشون بده. پوسته ها تنها در برابر بارهای گسترده مقاومت خوبی دارن (نباید تحت بار متمرکز قرار بگیرن). بسیاری از فرم های ساختمان های طبیعی مثل جمجمه، تخم ها دارای سازه پوسته ای هستن. سد های قوسی از معروف ترین سازه های مصنوعی پوسته ای بحساب میان.