بهینه سازی سازه های فلزی

لزوم بکارگیری تکنیک بهینه سازی سازه ها در پروژه ها

 

روشهای بهینه سازی در پروژه های عمرانی یکی از مهمتـرین مســائل و مشـکلات پروژه های عمرانی در سطح کشور مبحث ( طراحی دست بالا یا دست پایین ) و معضلات ناشی از آنها یعنی افزایش زمان و هزینه تکمیل اینگونه پروژه هاست، به طوری که:

۱- پنجاه درصد طرح های عمرانی در کشور ما با بیش از ۵۰ در صد تاخیر در اجرا مواجه هستند.

۲- پنجاه و چهار درصد طرح های عمرانی دارای مشکل اساسی درمرحله طراحی است.

۳- بیست و هفت درصد از طرح های عمرانی ناقص اجرا می شوند .

۴- بیست و هشت درصد از طرح های عمرانی در مرحله بهره برداری دارای مشکل هستند.

پس با توجه به مشکلات ذکر شده طرح های عمرانی ، محدودیت بودجه و در نهایت قابلیت های اثبات شده مهندسی ارزش ، باید از این تکنیک در طرح های عمرانی کشور استفاده شود

 

مقایسه طرح های بهینه و غیر بهینه

طراحی دست بالا یا دست پایین در مهندسی عمران به مطالعه و طراحی طرحها به صورت غیر بهینه اطلاق می شود. پروژه هایی دست بالا (OVER DESIGN) تلقی می شوند که در مرحله مطالعه و طراحی بالاتر از حد و ظرفیت مورد نیاز مطالعه و طراحی شوند. در این حالت ظرفیتهای پروژه در مرحله بهره برداری مورد استفاده قرار نمی گیرند. اگر در مرحله مطالعه، کریدور مسیر به خوبی انتخاب نشود، مطمئناً‌ حجم عملیات خاکی و ابنیه فنی افزایش چشمگیری می یابد. در مرحله طراحی نیز اگر مشخصات فنی و اجرای پروژه برای بارهای بالاتر از حد بهره برداری طراحی و محاسبه شوند؛ در مرحله اجرا شاهد هدر رفتن مصالح و نیروی انسانی بوده و هزینه ها و زمان اجرای طرح افزایش خواهد یافت. بــر عکس پــروژه هایی دست پایین (Under design) تلقی می شوند که در فاز مطالعه و طراحی پایین تر از حد و ظرفیت مورد نیاز (حداقل آیین نامه ها) مطالعه و طراحی شوند. در این حالت پروژه پاسخگوی نیازهای بهره بردار نیست. در مهندسی سازه اگر ابنیه کمتر از حد مورد نیاز بهره برداری، مطالعه، طراحی و محاسبه شوند، در این صورت سازه و اجزای آن همواره بیش از توان و محدوده بهره برداری آن بارگذاری شده، در آن صورت، بایستی نسبت به ترمیم و تقویت اینگونه سازه ها، به منظور رساندن مقاومت سازه و اجزای آن به مقاومت مورد نیاز اقدام کرد. این حالت طراحی نیز موجب افزایش هزینه های ناشی از دوباره کاریها، مصرف مصالح اضــافی و به کـــارگیری مجدد نیروی انسانی می شود. باتوجه به حجم انبوه اعتبارات مالی که سالیانه صرف مطالعات و اجرای پروژه های عمرانی وزارت راه و شهرسازی می گردد، و اثراتی که پدیده طراحیهای غیربهینه در افزایش هزینه ها و اغلب افزایش زمان تکمیل اینگونه پروژه ها در طول مراحل مطالعه، طراحی و اجرای آنها روی می دهد و همچنین کمبـود کارایی که در دوره بهره برداری در پروژه ها ظاهر می شود، بررسی موضوع پیش گفته را ضروری می سازد .

۱ – علل غیر بهینه شدن پروژه های عمرانی انجام مطالعات و طراحی به وسیله مشاوران صورت می گیرد و کنترل پروژه های واگذار شده به آنها بر عهده کارفرماست که نقص در هر مرحله بر پروژه و بهینه بودن آن اثر می گذارد که علل آن عبارتند از: نقــایص مـوجود در قوانین، مقررات و بخشنامه ها پیرامون امــور قراردادها، شرح خدمات قراردادهای مطالعات، نظارت و اجرا و حق الزحمه های مشاوران و پیمانکاران؛ ضعف و نقص در مراحل مطالعات مقدماتی که مشاوران و طراحان مراحل بعدی را که بر اطلاعات آنها اتکا می کند، دچار اشتباه می سازد نبود استانداردها و آیین نامه های مناسب و مصوب که با شرایط اقلیمی، جغرافیایی و… کشور همخوانی داشته باشند؛ نقایص موجود در دستورالعملها و روشهای ارزیابی، درجه بندی و انتخاب مشاوران و پیمانکاران پروژه های عمرانی؛ نبود چک لیست های مناسب به منظور کنترل و تصویب طرح های عمرانی؛ عدم بهره گیری مناسب از تیم های کارشناسی مجرب در مراحل مختلف مطالعه، طراحی و اجرای پروژه های عمرانی؛ کمبود رشته های تخصصی به ویژه در زمینه روشهای اجرایی در کادرهای فنی و اجرایی مشاوران و پیمانکاران؛ عدم توجه و بهره گیری از روشهای جدید طراحی و اجرا در پروژه های عمرانی؛ ضعف مدیریت و کادر کارشناسی کارفرما و مجریان طرحهای عمرانی.

۲ – روشهای بهینه سازی انجام مهندسی ارزش در طرحها از بدو مرحله مطالعاتی تا زمان بهره برداری از پروژه به منظور کاهش هزینه ها، بهبود روشها و بهینه سازی پروژه های عمرانی؛ تــوجه به امر بهره برداری و نیازها وامکانات بهـره بردار در مرحله مطـالعات و طــراحی پروژه های عمرانی؛ ! نقایص موجود در قوانین وبخشنامه های سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور پیرامون قراردادها، شرح خدمات، حق الزحمه ها، روشهای ارزیابی، رتبه بندی و انتخاب مشاوران و پیمانکاران پروژه های عمرانی با هماهنگی دستگاههای ذیربط؛ مستندسازی اسناد، مدارک و تجـــربه های پروژه های قبلی به منظور بهره گیری مناسب از آنها در پروژه های جاری و آتی؛ بهره گیری از روشهای جدید در امر مطالعه، طراحی و اجرا که نمونه آن روش طرح و اجراست که در کشورهای توسعه یافته از آن استفاده می شود؛ توجه و بهبود تشکیلات سازمانی کارفرمایان و مجریان پروژه های عمرانی؛ بهره گیری از تیم های کارشناسی مجرب به منظور بررسی و کنترل پروژه های عمرانی در دستگاههای اجرایی و متولیان پروژه های عمرانی ، بهبود و تقویت تشکیلات مشاوران و پیمانکاران به ویژه در بخش کادر فنی و اجرایی آنها به منظور کاهش طراحی های غیربهینه و هزینه های تحمیلی ناشی از آنها بر پروژه؛ بهره گیری مناسب از شیوه های مدرن و سودمند، همچون مهندسی مجدد فرایندها به منظور بهبود روشهای کنونی مطالعات، طراحی، اجرا و بهره برداری پروژه های عمرانی؛ توجه به موضوع خصوصی سازی و اهمیت آن در بهبود روشها و بهینه سازی مراحل مختلف پروژه های عمرانی؛

مزایای استفاده از روش بهینه درمحاسبه سازه

- اجرای سازه های بلند تاسقف ۵۰ طبقه وارتفاع ۱۵۰ متر

- اجرای بسیارساده وبدون محدودیت به روش سنتی ویا صنعتی سازی

- حذف مهاربند درسازه های فلزی

- تیپ نمودن ستونها وتیرها درسازه ها ی بتنی ودر نتیجه حذف تعدادقالب ها دراندازه های مختلف

- همگن شدن فونداسیون به واسطه حذف دیوار برشی ومهاربند

- کاهش فولاد مصرفی سازه های بتنی وفلزی تا میزان ۳۰% الی ۵۰%

-کاهش حجم بتن مصرفی درسازه های بتنی تا میزان ۲۰% الی ۳۰%

- کاهش هزینه اجرا به دلیل نداشتن دیواربرشی درسازه های بتنی ومهاربند درسازه های فلزی

-افزایش سرعت اجرای سازه با توجه به مقدارپایین مصالح مصرفی

- افزایش مقاومت سازه با توجه به اینکه سازه دارای پیچش نمی باشد

-پایین آوردن ابعاد ستونها وتیرها،جهت اضافه شدن فضاهای مفید داخلی

- کاهش صدمات ناشی ازنیرو ی زلزله به دلیل کم شدن وزن سازه

- تهیه لیستوفر دقیق سازه

- امکان استفاده ازمصالح مختلف فولاد ازجمله st-37 و st- 52 در طراحی سازه های فلزی

- ارایه تکنولوژی روز دنیا وصنعتی سازی در سازه های مختلف

 

بهینه کردن سازه فلزی

 

تیم تخصصی سازه این شرکت با استفاده از تحلیل سختی ها قادر است مقدار e را به حداقل مقدار خود رسانده و سازه را از نظر محاسباتی مقاوم تر و از لحاظ مصرف مصالح اقتصادی تر نماید نیاز گسترده و روز افزون جامعه به ساختمان و مسکن وضرورت استفاده از روش ها و مصالح جدید به منظور افزایش سرعت ساخت سبک سازی افزایش عمر مفید ونیز مقاوم نمودن ساختمان در برابر زلزله را بیش از پیش مطرح کرده است . حل مشکلاتی نظیر زمان طولانی اجرا عمر مفید کم ویا هزینه زیاد اجرای ساختمان ها نیاز مند ارائه راهکار هائی به منظور استفاده عملی از روش های نوین ومصالح ساختمانی جدید جهت کاهش وزن و کاهش زمان ساخت، دوام بیشتر ونهایتا کاهش هزینه اجراست. سبک سازی یکی از مباحث نوین در علم ساختمان است که روز به روز در حال گسترش و پیشرفت میباشد.این فن آوری عبارتست از کاهش وزن تمام شده ساختمان با استفاده از تکنیک های نوین ساخت مصالح جدید و بهینه سازی روش های اجرا کاهش وزن ساختمان علاوه بر صرفه جویی در هزینه زمان و انرژی زیان های ناشی از حوادث طبیعی مانند زلزله را کاهش داده و صدمات ناشی از وزن زیاد ساختمان را به حداقل میرساند.

برای بکارگیری تکنیک های سبک سازی نخست باید به مسئله اول علل سنگین شدن وزن ساختمان توجه کافی شود پس از شناخت این علل و عوامل باید جهت حذف یا به حداقل رساندن تاثیر آنها ووزن تمام شده ساختمان تلاش نمود .

 

برای بهینه کردن وزن اسکلت آخرین تکنیک های سبک سازی با استفاده از مصالح نوین ساختمانی به کار گرفته میشود. از مهمترین مزایای اسکلت فلزی پیچ و مهره پیش ساخته به شرح زیر است:

 

کاهش مصرف فولاد تا ۳۰ کیلوگرم به ازای هر مترمربع در ساختمان با اسکلت فلزی پیچ و مهره پیش ساخته

سرعت ساخت دو برابر سریعتر از اسکلت فلزی سنتی

استفاده از پروفیل های فابریک کارخانه ای

سبک و مقاوم در برابر زلزله

سرعت ساخت دو برابر سریعتر از اسکلت فلزی سنتی

گزینه ای مناسب جهت انبوه سازی
حذف خطای انسانی ناشی از جوشکاری

 

تکنیک بهینه سازی و مهندسی ارزش

 

مزایای ساختمان های فلزی

مقاومت بالا : مقاومت فولاد بالا بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از بتن بزرگتر است. این موضوع در سوله های با دهانه های بزرگ و ساختمان های مرتفع و ساختمان هائی که بر روی زمین های سست احداث می شوند، از اهمیت بیشتری برخوردار است.

مقاومت متعادل مصالح : مقاومت فولاد در کشش و فشار یکسان و در برش نیز خوب و نزدیک به کشش و فشار است. در تغییر وضع بارها، نیروی وارده، فشاری و کششی قابل تعویض بوده و مقاطع به خوبی عکس العمل نشان می دهند. ولی مقاومت بتن در فشار مناسب بوده و در کشش و یا برش کم است. پس اگر مناطقی تحت نیروی کششی قرار گرفته و مسلح نشده باشند ، تخریب می شوند.

خواص ارتجاعی : به علت همگن بودن فولاد، خواص ارتجاعی محاسباتی آن با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد. به عنوان مثال، ممان اینرسی یک مقطع فولادی را می توان با اطمینان در محاسبات وارد نمود. حال اینکه در مورد بتن این ارقام خیلی معین و قابل اطمینان نیستند.

ضریب نیروی لرزه ای : در قالب های بتن مسلح به علت وزن بیشتر، ضریب نیروی لرزه ای از قاب های فلزی بزرگتر است.

شکل پذیری : یکی از خواص مهم مصالح فلزی شکل پذیری آنهاست. فلزات قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است و نیروهای دینامیکی و ضربه ای را تحمل نمایند، در حالیکه بتن ترد و شکننده بوده و عملکرد آن در مقابل این نیروها بسیار ضعیف است.

خواص یکنواخت : فولاد در داخل کارخانه و تحت نظارت دقیق تهیه می شود، لذا خواص آن بر خلاف بتن یکنواخت است. اطمینان در یکنواختی خواص مصالح باعث انتخاب ضریب اطمینان کوچکتر می شود که این به نوبه خود منجر به صرفه جویی در مصرف مصالح می شود.

دوام: دوام فولاد بسیار خوب است. اگر در نگهداری ساختمان های فلزی دقت کافی صورت گیرد، برای سالیان متمادی قابل بهره برداری خواهند بود.

پیوستگی مصالح : قطعات فلزی عموما با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن هستند، ولی در قطعات بتنی در هر زلزله به پوشش بتنی روی میلگرد صدمه وارد می گردد. ترک هائی که در پوشش بتن پدید می آید، موجب ضعف قطعه شده و احتمال دارد که ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی تخریب شود.

وزن کم : ‌میانگین وزن اسکلت فولادی بین 250 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع و یا 80 تا 130 کیلوگرم بر مترمکعب است ، درحالی که در ساختمان بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم بر مترمربع یا 160 تا 250 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد.

اشغال فضا :‌ در دو ساختمان مشابه از نظر ارتفاع و ابعاد، ستون ها و تیرهای ساختمان فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمان بتنی هستند، یعنی سطح اشغال اسکلت یا فضای مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر است.

امکان مقاوم سازی : اعضاء ضعیف ساختمان فلزی (در اثر محاسبات اشتباه ، تغییر مقررات و ضوابط ، اجراء و .... ) را می توان با اضافه نمودن قطعات جدید، تقویت نمود، ولی در مورد اسکلت بتنی این عمل به راحتی قابل انجام نمی باشد.

شرایط آسان ساخت و نصب : تهیه قطعات فلزی در کارخانه و نصب آن در محل، در هر شرایط جوی با اعمال تهمیدات لازم قابل انجام است. در مورد ساختمان های بتنی محدودیت های بیشتری در این رابطه وجود دارد.

سرعت اجرا : سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به قطعات بتنی بسیار بیشتر است.

پرت مصالح : با توجه به این که قطعات اسکلت فلزی در کارخانه تولید می شود، میزان هدر رفتن مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است.