کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های فولادی ۲ ( از صفر تا صد شامل بارگذاری، تحلیل و طراحی با رویکردی نوآورانه )

کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های فولادی ۲
( از صفر تا صد شامل بارگذاری ، تحلیل و طراحی با رویکردی نوآورانه )
کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های فولادی
در سال‌های اخیر استفاده از نرم‌افزارهای رایانه‌ای طراحی ساختمان‌ها مانند Etabs، Sap، Safe و …. بصورت گسترده در جامعه‌ی مهندسی کشور رواج یافته است. بسیاری از مهندسین علاقمند به حوزه طراحی نیز با تهیه کتاب و یا شرکت در دوره‌های آموزشی تلاش به گام نهادن در حوزه محاسبات سازه را دارند؛ ولی آیا هیچ گاه به این مسئله اندیشیده‌ایم که استفاده بدون آگاهی از این نرم‌افزارها چه خطرات جبران‌ناپذیری را به دنبال دارد؟ منظور از آگاهی چیست؟
آگاهی یعنی شناخت دقیق و تسلط کامل از نرم‌افزار مورد استفاده که شامل شناخت از نحوه کارکرد، روال تحلیل، تعریف روابط آیین‌نامه‌ای و در نهایت روشی که نرم‌افزار مورد نظر در معرفی المان‌ها و انجام محاسبات از آن بهره می‌گیرد. یک مهندس محاسب بایستی فرآیند کامل محاسبه سازه توسط برنامه را به خوبی درک نماید تا در مواجهه با نتایج غیر معقول، بر اساس قضاوت مهندسی تصمیم صحیح را اتخاذ کند. این هدف میسر نمی‌شود مگر با اشراف بر محاسبات دستی.
در حقیقت مهندسانی که اختیار تصمیم نهایی را به کامپیوتر واگذار می‌کنند و در پی بررسی نتایج کامپیوتری با محاسبات و کنترل‌های دستی نیستند را می‌توان به اپراتورهایی تشبیه کرد که تنها برای کار با یک برنامه کامپیوتری تربیت شده‌اند. همان طور که ماشین حساب، حسابدار نیست و فقط باعث تسریع روند محاسباتِ حسابدار می‌شود؛ نرم افزار‌های طراحی سازه نیز مهندس طراح نیستند و بایستی به آن‌ها فقط به چشم یک یاری دهنده نگاه کرد. از این رو، محاسبات دستی در طول تاریخ مهندسی نقشی بی‌جایگزین را داشته و خواهد داشت و محاسبات و تحلیل‌های کامپیوتری تنها در جهت تسریع در مدلسازی و دریافت خروجی‌ها عمل می‌کنند.
کاربرد محاسبات دستی ساختمان فولادی در مهندسی عمران
محاسبات دستی ساختمان در مهندسی عمران (کارشناسی) تقریبا در دروس بارگذاری، ایستایی، تحلیل و طراحی خلاصه می‌شود که دانشجویان در آخرین سال تحصیل خود در درس پروژه ساختمان‌های بتنی و فولادی تمامی دروس فوق را به کار می‌گیرند تا بتوانند یک ساختمان بتنی و فولادی را از صفر تا ۱۰۰ به صورت دستی محاسبه کنند. یعنی دقیقا همان کاری که مهندسان پیشکسوت در قدیم و در نبود کامپیوتر انجام می‌دادند. ولی از آنجایی که معمولاً پروژه‌های دانشجویی بصورت رفع تکلیف است و اساتید امر در دوره تحصیل به دانشجویان چندان سخت نمی‌گیرند، متاسفانه این درس بسیار بسیار مهم با تساهل گذرانده می‌شود؛ در حالیکه درس پروژه بعنوان جمع‌بندی و نتیجه سال‌های تحصیل یک دانشجو در رشته مهندسی عمران محسوب می‌شود. هدف اساسی این کتاب، بیان روندی است که طراحی سازه ی یک ساختمان را از صفر تا صد در بر می‌گیرد.
در کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های فولادی تمامی مراحل محاسبه سازه‌ی ساختمان (بارگذاری، تحلیل و طراحی) به صورت دستی انجام و سعی شده است در هر قسمت به اندازه کافی توضیحات لازم جهت درک بهتر مطالب ارائه شود و از مطالب اضافه و حاشیه‌ای پرهیز گردد. در برخی موارد لازم است که عملیات دستی بصورت تکراری جهت فهم بهتر مطلب انجام شود و در بعضی موارد عمل تکرار بیهوده ارزیابی شود که به آنها اشاره می‌شود.
دلیل نگارش کتاب حاضر
متاسفانه عدم وجود منبع و راهنمایی که روند کامل محاسبات دستی ساختمان را توضیح داده باشد باعث سردرگمی دانشجویان سال آخر مهندسی عمران و ارائه پروژه های نامطلوب شده است. مولفین با شناخت این خلاء اقدام به نگارش کتاب حاضر در دو جلد بتنی (جلد اول) و فولادی (جلد دوم) نموده اند تا گامی هرچند کوچک در ارتقاء سطح علمی دانشجویان و مهندسان برداشته شود.
نحوه‌ی مطالعه کتاب حاضر
از آنجایی که مطالب ارائه شده در کتاب به هم پیوسته بوده و با هم در ارتباط می باشند، لذا پیشنهاد ما به خواننده‌ی محترم این کتاب این است که با آرامش و طمانینه، تمامی مطالب این کتاب را به ترتیب و منظم از فصل اول تا فصل سوم طی کند تا به مقصود مورد نظر خود که آگاهی از چگونگی محاسبات دستی سازه‌ی ساختمان می‌باشد برسد.
این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟
چنانچه پاسخ به این سوال را بخواهیم آغشته به طنز بدهیم بایستی بگوئیم که مطالعه این کتاب برای دانشجویان سال آخر مهندسی عمران واجب، و برای مهندسانی که قصد ورود به دنیای زیبای طراحی سازه‌ی ساختمان را دارند واجب‌تر می‌باشد. برای دانشجویان به این دلیل واجب است که جمع‌بندی دروس مهندسی‌شان بوده و اتمام تحصیل آنها در گروه گذراندن دروس بسیار مهم پروژه بتن و فولاد می‌باشد. لذا بایستی با روند محاسبات سازه‌ی ساختمان‌ها آشنا شوند تا چنانچه در محیط کار حرفه‌ای در حوزه‌ی نظارت و اجرا فعالیت کردند در تعامل با مهندسان محاسب و طراح به مشکلی برنخورده و درک متقابل داشته باشند.
از طرفی هم به این دلیل برای مهندسان عمران واجب‌تر است که نظر به اهمیت طراحی و محاسبه‌ی سازه‌ی ساختمان که مستقیماً با جان انسان‌ها در ارتباط است، با ارائه‌ی دید مهندسی مناسب، آنها را از اتکاء و وابستگی شدید به نرم‌افزارها بی‌نیاز می‌کند. در کل به زعم مولفین، یک مهندس عمران بایستی در طول زندگی مهندسی خود یکبار برای همیشه محاسبات دستی سازه‌ی ساختمان‌های بتنی و فولادی را انجام دهد. لذا مطالعه این کتاب در وهله‌ی اول به دانشجویان، و در وهله دوم به مهندسان و فارغ التحصیلان رشته عمران که قصد ورود حرفه‌ای به دنیای زیبای طراحی سازه‌ی ساختمان‌ها با نرم افزار را دارند قویا توصیه می‌شود.
آیین‌نامه‌های استفاده شده در کتاب
در کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های فولادی از آخرین ویرایش‌های آیین‌نامه‌های داخلی و خارجی در بارگذاری و طراحی المان‌ها استفاده شده است؛ هرچند تغییر آیین‌نامه‌های طراحی خللی در روند محاسبات دستی ساختمان وارد نمی‌کند و فقط ممکن است فاز طراحی را تحت‌الشعاع قرار دهد. با تسلط بر فرآیند کلی محاسبات ساختمان قادر خواهید بود همواره بر آیین‌نامه‌ها ولو با تغییرات و ویرایش‌های متعدد پیش­رو فائق شوید.
فهرست محاسبات دستی ساختمان‌های فولادی ۲ :
مقدمه مؤلف
فصل اول / بارگذاری
۱-۱ مقدمه
۱-۲ نکاتی در خصوص انتخاب پروژه فولادی جهت انجام محاسبات دستی
۱-۳ معرفی پروژه
۱-۴ مشخصات مصالح
۱-۵ مشخصات خاک
۱-۶ بارگذاری ثقلی
۱-۶-۱ جزئیات سقف‌ها
۱-۶-۲ جزئیات دیوار‌ها
۱-۶-۳ بار تیغه‌بندی (بار پارتیشن)
۱-۶-۴ جزئیات اجرائی راه پله
۱-۶-۵ محاسبه بار برف طبق بند ۶-۷-۲ مبحث ۶ مقررات ملی ساختمان
۱-۶-۶ بار زنده و جدول خلاصه بارگذاری
۱-۷ محاسبه وزن موثر لرزه‌ای سازه
۱-۸ محاسبه ضریب زلزله ( )، برش پایه ( ) و نیروی جانبی طبقات ( ) در هر جهت
۱-۹ تعیین مرکز برش ( )
۱-۱۰ محاسبات سختی ساختمان
۱-۱۱ توزیع برش هر طبقه از سازه بین قاب‌های آن طبقه در هر دو راستای X و Y به نسبت سختی آن قاب‌ها
۱-۱۱-۱ محاسبه لنگر پیچشی نهایی طبقه ( )
۱-۱۱-۲ توضیح در مورد برون مرکزی واقعی ( ) و برون مرکزی اتفاقی ( ) و لنگر پیچشی نهایی( ) در یک طبقه مطابق روش دوم
۱-۱۲ پخش بار در سقف های کامپوزیت و تیرچه بلوک (پخش بار یک طرفه)
فصل دوم / تحلیل
۲-۱ تحلیل قاب‌ها
۲-۱-۱ تحلیل جانبی قاب خمشی محور ۳ (تحلیل قاب تحت بارهای جانبی زلزله)
۲-۱-۲ تحلیل ثقلی قاب خمشی محور ۳ (تحلیل قاب تحت بارهای قائم)
۲-۱-۳ تحلیل قاب مهاربندی شده محور A و E تحت بارهای جانبی (زلزله) و ثقلی
۲-۲ استخراج تلاش‌های نهایی ( , , ) المان‌های تیر و ستون و سیستم قاب مهاربندی شده هشتی جهت طراحی آنها
۲-۲-۱ استخراج تلاش‌های نهایی ستون (A-3)
۲-۲-۲ استخراج تلاش‌های خمشی و برشی نهایی ( ، ) تیر AB در طبقه اول
۲-۲-۲-۱ تعیین تلاش‌های خمشی و برشی نهایی تیر AB
فصل سوم / طراحی
۳-۱ طراحی المان‌ها و جزئیات
۳-۱-۱ طراحی لرزه‌ای قاب خمشی محور ۳ (تیر و ستون)
۳-۱-۱-۱ طراحی لرزه‌ای تیر خمشی (A-B )3 در طبقه اول از قاب خمشی متوسط محور ۳
۳-۱-۱-۲ طراحی لرزه‌ای ستون A-3 در طبقه اول از قاب خمشی متوسط محور ۳
۳-۱-۲ طراحی لرزه‌ای قاب مهاربندی شده همگرای ویژه (شورون) محور A (تیر و ستون و مهاربند)
۳-۱-۲-۱ طراحی مهاربندها در تمامی طبقات
۳-۱-۲-۲ طراحی تیر طبقه اول قاب مهاربندی همگرای هشتی ویژه محور A
۳-۱-۲-۳ طراحی ستون A-3 در طبقه اول از قاب مهاربندی همگرای ویژه شورون محور A (راستای Y)
۳-۱-۳ طراحی اتصال گیردار تیر به ستون در قاب خمشی محور
۳-۱-۴ طراحی اتصالات مهاربندی
۳-۱-۵ طراحی اتصال مفصلی تیر به ستون در قاب مهاربندی همگرای ویژه محور A ۳۲۳
۳-۱-۵-۱ طراحی اتصال مفصلی با ورق نشیمن و سخت‌کننده مثلثی
۳-۱-۵-۲ طراحی اتصال مفصلی با جفت ورق جان
۳-۱-۶ طراحی کف ستون
۳-۱-۷ طراحی فونداسیون نواری قاب خمشی محور ۳
۳-۱-۸ طراحی سقف‌ها
۳-۱-۸-۱ طراحی سقف مرکب (کامپوزیت)
۳-۱-۸-۲ طراحی سقف تیرچه بلوک
۳-۱-۹ طراحی پله فولادی
پیوست / تحلیل سیستم‌های مهاربندی
منابع و مآخذ کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های فولادی