معرفی

منظور از طراحی بهینه سازه‌ها به کارگیری جدیدترین متدها و تکنیک‌های روز علم سازه و زلزله دنیا برای رسیدن به اقتصادی‌ترین و ایمن‌ترین طرح ممکن برای سازه است . این طرح دو عامل بهینه سازی رفتار سازه و اقتصاد پروژه را تواماً در نظر می‌گیرد و در نهایت علاوه بر ایمنی سازه به طور قابل توجهی کاهش هزینه‌های ساخت و پرهیز از هدر رفتن مصالح و سرمایه‌های ملی را تضمین می‌کند.

الگوریتم‌های به کار گرفته شده علاوه بر رعایت کلیه ضوابط و بندهای آئین نامه‌های روز دنیا و ایران (مقررات ملی ساختمان و نشریات سازمان برنامه و بودجه) کاملا قابل دفاع بوده و از طرفی طرح نهایی با توجه به مشکلات و محدودیت‌های اجرای سازه‌ها در کشور ، صددرصد عملی و اجرایی خواهد بود.

پاره ای از روش‌ها در بهینه سازی رفتار سازه ، ایمنی و اقتصاد پروژه عبارتند از:

مطالعات لرزه ­شناسی منطقه و تحلیل ­ریسک 

در مواردی ممکن است تحلیل ریسک منطقه ، شتاب بیشینه زلزله را حتی بیش از مقادیر توصیه شده آئین‌نامه بدست دهد. همچنین با توجه به موقعیت گسل‌های منطقه ممکن است این احتمال وجود داشته باشد که سایت پروژه ، زلزله‌ای گسل نزدیک را در دوره بازگشت خود تجربه کند.
اگرچه ممکن است لحاظ این موارد در نگاه اول سبب غیراقتصادی شدن طرح شود و از طرفی پیچیدگی محاسبات و افزایش زمان مطالعات را به دنبال دارد ، اما هدف تیم تخصصی طراحی سازه ، تطابق کامل شرایط واقعی لرزه‌ای سایت و مدل های طراحی است تا بتواند ایمنی سازه را صدر در صد تضمین کند و برای این مهم خود را در چارچوب فرضیات ساده کننده آئین نامه‌ها محصور نخواهد کرد.

تحلیل اندرکنش خاک و سازه

لحاظ اندرکنش خاک و سازه غالبا سبب افزایش پریود طبیعی سازه و کاهش شتاب زلزله (مطابق آئین نامه ۲۸۰۰) می‌شود. از آنجا که در نظر گرفتن اندرکنش ممکن است باعث بهبود اقتصاد پروژه شود ولی از آنجا که آئین نامه ایران به طور صریح در این باره اظهار نظر نمی‌کند تنها در صورتی که تحلیل اندرکنش سبب تغییر عمده رفتار سازه در تحلیل‌های تاریخچه زمانی زلزله شود این مورد لحاظ می‌شود. گروه سازه ایمنی سازه در هنگام زلزله را از هر روش ممکن کنترل و بررسی می‌کند.

تحلیل های تاریخچه زمانی خطی و غیر خطی

تحلیل‌های تاریخچه زمانی خطی و غیرخطی سازه مطابق آئین نامه ۲۸۰۰ با رعایت کلیه ملاحظات آن مجاز است. تحلیل تاریخچه زمانی سازه تحت زلزله نیازمند رکوردهای موجود و یا رکوردهای مصنوعی مطابق شرایط ستون خاک پروژه (۳۰ متر بالایی لایه بندی خاک) است. در مواردی که شرایط ژئوتکنیکی لایه بندی خاک با مشخصات رکوردهای موجود زلزله تطابق کافی را نداشته باشد ، تحلیل لرزه‌ای ستون خاک پروژه برای تبدیل رکورد زلزله و یا تولید رکورد مصنوعی مطابق شرایط ساختگاه انجام می‌شود و در تحلیل‌های تاریخچه زمانی به کار گرفته می‌شود. کلیه ضوابط آئین نامه ۲۸۰۰ در تولید و بکارگیری رکوردهای زلزله منظور می‌شوند و در نهایت برای تحلیل سازه بکار گرفته می‌شوند.

تحلیل غیرخطی ترک خوردگی اعضای سازه بتن آرمه

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ، مقادیر کاهش سختی (ناشی از ترک خوردگی) اعضای بتن آرمه را در غیاب محاسبات دقیق برای اعضای بتنی توصیه می‌کند. با انجام تحلیل غیرخطی با کنترل ترک خوردگی اعضا برای هر سازه خاص با هندسه و ارتفاع  و توزیع‌های مختلف سختی اعضا ، مقادیر متفاوتی از ضرایب کاهش سختی مورد پیشنهاد آئین نامه بدست می‌آید ، که محاسبه و بکارگیری آنها در تحلیل سازه قطعا سبب تطابق مدل طراحی و مدل واقعی سازه شده و درک رفتار صحیح سازه را در طراحی و ایمنی سازه موجب می‌شود.

برای مثال مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ضریب کاهش سختی ستون‌ها را در قابهای مهارنشده  ۰.۷ توصیه می‌کند. در حالیکه تحلیل‌های دقیق ترک خوردگی اعضای سازه برای ستون‌ها ضریب کاهش سختی را از ۰.۲ تا ۰.۸ بسته به هندسه و ارتفاع سازه و توزیع‌های مختلف سختی اعضای بتن آرمه نشان می‌دهد. این تفاوت سبب طراحی اعضایی ضعیف‌تر و یا قوی‌تر از نیروهای موجود خواهد شد که در سازه‌های خاص ممکن است ایمنی سازه تحت تاثیر قرار گیرد.

از آنجا که مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در بند ۹-۱۰-۸-۳ محاسبات دقیق برای منظور کردن اثر ترک خوردگی اعضای بتن آرمه را مجاز می‌داند ، تیم تخصصی طراحی  سازه با انجام تحلیل‌های غیرخطی ، به طور دقیق میزان ترک خوردگی و کاهش سختی اعضای بتن آرمه را محاسبه کرده و در مدل‌های تحلیل و طراحی بکار می‌گیرد. این مهم سبب درک صحیح رفتار سازه شده و ایمنی و اقتصاد پروژه را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

کاهش پیچش و نامنظمی ساختمان

تغییر ابعاد تیرها ، ستون‌ها و دیوارهای برشی سبب تغییر توزیع سختی در سازه و جابجایی مرکز سختی سیستم می‌شود. از آنجا که فاصله مرکز جرم و سختی سازه سبب ایجاد پیچش در ساختمان و متعاقبا افزایش نیروهای طراحی اعضا می‌شود ، با جابجایی مرکز سختی و نزدیک کردن آن به مرکز جرم می‌توان از میزان پیچش ایجاد شده سیستم و نیروهای اعضا کاست و به اقتصاد پروژه کمک کرد. البته تغییر سختی اعضا به منظور کاهش پیچش ساختمان با رعایت کلیه ملاحظات و محدودیت‌های معماری انجام خواهد شد.

الگوریتم‌های مورد استفاده جهت کاهش پیچش ساختمان ، برای انواع سازه‌های قاب خمشی و مهاربندی بدون محدودیت ارتفاع کاربرد دارد و کاهش مصالح مصرفی و بهبود اقتصاد پروژه را در کنار دیگر آنالیزهای مورد استفاده گروه طراحی سازه به دنبال دارد.

طراحی میراگرها و بادبندهای خاص و همچنین بکارگیری الگوریتم‌های ابداعی جهت کاهش پیچش و نامنظمی ساختمان همگی در جهت رسیدن به یک طراحی بهینه اقتصادی و البته صددرصد عملی و اجرایی (با توجه به محدودیتها و مشکلات اجرا در کشور) از ویژگی‌های تمایز گروه سازه است.