انواع مختلفی از سیستم‌های سازه‌ای در ساختمان‌ها وجود دارد. یک مهندس سازه یا طراح باید سیستمی را انتخاب کند که اقتصادی و مناسب‌ترین سازه باشد.
هر سازه‌ای از عناصر سازه‌ای (تیرها، ستون‌ها، دال‌ها) و عناصر غیرسازه‌ای (درها، دیوارهای جداکننده، پله‌ها) تشکیل شده است.
عملکرد عناصر سازه‌ای مقاومت در برابر بارهای وارده بر آن سازه و انتقال آن به زمین است. برای تحلیل ساده، عناصر سازه به عناصر تک بعدی (تیرها، ستون‌ها، خرپاها) و دو بعدی (اسلب، صفحات) طبقه‌بندی می شوند. این عناصر سازه‌ای در کنار هم، سیستم سازه‌ای را تشکیل می‌دهند. رایج‌ترین ساخت و ساز ساختمان (مسکونی، تجاری یا سازمانی) است. سیستم سازه و مکانیسم انتقال بار آن برای یک ساختمان در اینجا به تفصیل ذکر شده است.
برای راحتی، ما این سازوکار انتقال بار را به مکانیسم انتقال بار ثقلی و مکانیسم انتقال بار جانبی جدا می‌کنیم، حتی اگر هر دو مکمل یکدیگر باشند.
انتقال بارهای جانبی
بارهای جانبی مانند بار باد، بار لرزه‌ای در ساختمان‌های مرتفع غالب بوده و از این رو بر سیستم سازه‌ای اثرگذار است. سیستم مقاوم در برابر بار جانبی به طور کلی از یکی از موارد زیر تشکیل شده است:
- سیستم قاب صلب
- سیستم دیوار برشی
- سیستم قاب و دیوار برشی
- سیستم قاب مهاربندی‌شده
- سیستم هسته برشی
- سیستم لوله‌ای
- سیستم دیوار برشی کوپل‌شده
سیستم قاب صلب
ترکیبی از ستون‌ها و تیرها به صورت یکپارچه قرار داده می‌شوند. این کار در بین انواع مختلف سیستم‌های سازه‌ای رایج است.
اتصال تیرـ‌ستون صلب است و مقاومت خمشی آن به مقاومت در برابر بارهای جانبی کمک می‌کند. از این رو، آنها را به عنوان قاب‌های مقاوم در برابر ممان (لنگر) نیز می‌نامند.
مقاومت جانبی یک قاب صلب به مقاومت ستون‌ها، تیرها و اتصالات در صورت وجود بستگی دارد. کمانش این نوع سازه در مقایسه با سایر سیستم‌های سازه‌ای مقاوم در برابر بار جانبی زیاد است و با افزایش ارتفاع ساختمان، کمانش بیشتر می‌شود. این نوع سازه برای ساختمان‌های 15 تا 20 طبقه مؤثر است.
سیستم دیوار برشی
این نوع سازه، یکی از ساده‌ترین و مؤثرترین سیستم‌های مقاوم در برابر بار جانبی است. دیوار برشی یک دیوار عمودی پیوسته صلب است که در تمام ارتفاع ساختمان امتداد می‌یابد. دیوارهای برشی بسیار سخت هستند و با خمش مانند یک کنسول عمودی در برابر بارهای جانبی مقاومت می‌کنند. آنها دارای سختی و استحکام بالایی در داخل صفحه هستند. دیوارهای برشی معمولاً سازه‌های بتن مسلح هستند. اما پیشرفت‌های اخیر در مهندسی سازه امکان ساخت دیوارهای برشی فولادی، بنایی و همچنین چوبی را فراهم کرد. این نوع سازه برای ساختمان‌های تا 35 طبقه مؤثر است.
سیستم قاب و دیوار برشی
این سازه ترکیبی از دیوار برشی و قاب صالب است. همچنین سیستم‌های دوگانه هم نامیده می‌شود. این ترکیب باعث می‌شود تا دیوارها تغییر شکل قاب را در طبقات پایین مهار کنند، در حالی که قاب‌ها تغییر شکل دیوارها را در طبقات بالایی مهار می‌کنند. کمانش این نوع سازه بسیار کمتر از قاب صلب یا دیوار برشی به تنهایی است. این سازه برای 40 تا 50 طبقه مناسب است.
سیستم قاب مهاربندی شده
این سیستم سازه‌ای شامل قاب‌های خمشی با اعضای مورب (معمولاً فولادی) به نام مهاربندی است که در درجه اول در برابر بارهای جانبی روی سازه مقاومت می‌کنند. در چنین سیستمی تیرها و ستون‌ها به طور کلی برای تحمل بارهای ثقلی طراحی می‌شوند و مهاربندی‌ها برای مقاومت در برابر تمام بارهای جانبی در نظر گرفته می‌شوند.
بارهای جانبی به صورت نیروهای کششی و فشاری محوری در اعضای مهاربندی منتقل می‌شوند. بادبندها عموماً به صورت مهاربندی عمودی (Elevation bracing) در تمام ارتفاع ساختمان قرار داده می‌شوند که در درجه اول در برابر بارهای جانبی مقاومت کرده و آن را به زمین منتقل می‌کنند. اما مهاربندی‌ها ممکن است در صفحه افقی نیز وجود داشته باشند که به آن مهاربند افقی نیز می‌گویند که به عنوان دیافراگم برای نگه داشتن سازه عمل می‌کنند. با این حال، دال‌های کف برای عملکرد دیافراگم کافی هستند و از این رو از مهاربندی های افقی اجتناب می‌شود.
انواع مختلفی از مهاربندی‌ها استفاده می‌شود مانند:
- مهاربندی مورب
- مهاربندی ضربدر (پرانتز X)
- مهاربندی V
- مهاربندی K
- مهاربندی V معکوس
سیستم هسته برشی
این سیستم سازه‌ای از یک هسته برشی مرکزی تشکیل شده است که شبکه‌ای از دیوارهای صلب است که به یکدیگر متصل شده‌اند تا یک ساختار جعبه مانند صلب را تشکیل دهند. به طور کلی، چاله آسانسور به عنوان سازه هسته برشی استفاده می‌شود. چنین هسته‌هایی، پایداری بیشتری را برای سازه ایجاد می‌کنند که در برابر بارهای جانبی به خوبی مقاومت می‌کنند.
سیستم لوله‌ای
برای ساختمان‌های بلند، استفاده از قاب مهاربندی شده و دیوارهای سازه‌ای به تنهایی ممکن است برای کنترل بار جانبی کلی و همچنین نیروها کافی نباشد. در چنین مواردی به سیستم‌های سازه‌ای سخت‌تری نیاز است. سازه‌های لوله‌ای یکی از این سیستم‌ها هستند که در آن ستون‌ها در محیط با فاصله نزدیکی قرار دارند و در نتیجه تعداد ستون‌ها در محیط ساختمان افزایش می‌یابد که یک سازه لوله‌ای را تشکیل می‌دهند.
به نظر می‌رسد یک ساختار توخالی است. ستون‌های داخلی را می‌توان کاهش داد و می‌توان آن را طوری طراحی کرد که فقط بارهای ثقلی را تحمل کند، زیرا لوله بیرونی بسیار سخت هستند و در برابر تمام بارهای جانبی مقاومت می‌کنند.
انواع مختلفی از سیستم‌های لوله‌ای استفاده می‌شود مانند:
- لوله قاب‌بندی شده
- سیستم لوله در لوله (بدنه و هسته)
- لوله‌های دسته‌شده
منبع: www.thestructuralblog.com
