معرفی روش‌های محاسبه سریع و تقریبی وزن سازه

مقدمه

به‌دست‌آوردن وزن ساختمان و یا محاسبه تقریبی وزن ساختمان یکی از مواردی است که به‌شدت در هر پروژه‌ای نیاز می‌شود؛ هم برای برآوردهای هزینه‌های اولیه ساخت و هم برای محاسبه تقریبی برش پایه ساختمان در حین زلزله، قبل از محاسبات اصلی کاربردهای زیادی دارد. برای به‌دست‌آوردن محاسبه تقریبی وزن ساختمان ابتدا باید نوع ساختمان را تشخیص دهید.

وزن سازه یکی از موارد مهم در ساخت سازه محسوب می‌شود. به همین دلیل آموزش محاسبه وزن سازه به‌صورت دستی و آنلاین برای کسانی که در این زمینه مشغول به کارند از اهمیت بالایی، برخوردار است. محاسبه وزن دقیق سازه بسیار مهم و کاربردی و در عوامل مهمی مثل پایداری و عملکرد سازه و هزینه‌های ساخت نقش دارد.

اگر وزن سازه بیش از حد تحمل باشد، ممکن است سازه فروبریزد. وزن سازه در عملکرد ساختمان نیز مؤثر است. اگر وزن، بیشتر از حد مجاز باشد، سازه دچار خمیدگی یا ترک‌خوردگی می‌شود. هزینه سازه به موارد مختلفی بستگی دارد. درصورتی‌که وزن سازه زیاد باشد، برای مهارسازی این وزن نیازمند مصالح و مواد اولیه بیشتری هستیم.

1. محاسبه وزن سازه

محاسبه وزن سازه یک فرایند حساس و دقیق است و در ایمنی و عملکرد سازه نقش مؤثری دارد. در این روش از فرمول، برای محاسبه وزن استفاده می‌کنند. به‌کارگرفتن این فرمول نیازمند دانش و مهارت خاص است. به همین دلیل کاربرد آن برای افراد غیرمتخصص توصیه نمی‌شود. علاوه بر زمان بر بودن این فرمول به دلیل پیچیدگی، اجرای آن در سازه هایی با مساحت کوچک مناسب است.

وزن سازه = وزن مصالح × حجم مصالح

برای استفاده از این فرمول باید وزن و حجم مصالح را محاسبه کنیم. بتن و میل‌گرد از مصالح پر کاربرد در ساختمان‌سازی‌اند که محاسبه وزن میل‌گرد و حجم بتن از موارد مهم است.

حجم بتن = طول × عرض × ارتفاع

به‌طورکلی برای محاسبه وزن سازه به روش دستی به ترتیب زیر عمل می‌کنیم.

• مرحله اول: مصالح استفاده شده در سازه را شناسایی کنید.
• مرحله دوم: محاسبه وزن مصالح به‌صورت جداگانه محاسبه شود.
• مرحله سوم: محاسبه حجم مصالح به‌صورت جداگانه است.
• مرحله چهارم: استفاده از فرمول (وزن مصالح × حجم مصالح).
• مرحله پنجم: مقادیر به‌دست‌آمده از وزن را با هم جمع کنید تا وزن کل سازه به دست آید.

1.1. محاسبه دستی

وزن سازه مشخص‌کننده بار وارد بر ساختمان و مقاومت سازه است که بر اساس بار زنده و مرده تعیین می‌شود. بار مرده باری ثابت است که در طول زمان ثابت می‌ماند. بار زنده به باری گفته می‌شود که مثل وزن برف‌وباران یا بار جابه‌جاشونده در طول زمان تغییر می‌کند.

وزن سازه = وزن مرده + وزن زنده

وزن بار مرده را می‌توان با استفاده از فرمول (وزن مرده = چگالی مصالح × حجم مصالح) محاسبه کرد.

2. محاسبه وزن سازه به‌صورت ساده و سریع

برای محاسبه وزن سازه به روش آنلاین، می‌توانید از نرم‌افزارها استفاده کنید. استفاده از نرم‌افزار، یک روش دقیق و حساس است. این نرم‌افزارها با استفاده از الگوریتم‌های پیچیده و فرمول‌های ریاضی پیشرفته، وزن سازه را به‌صورت دقیق محاسبه می‌کنند که دقت بالایی که داشته و قابلیت استفاده برای سازه‌های بزرگ و پیچیده را دارند.

از این نرم‌افزارها برای محاسبه وزن سازه‌هایی با شکل هندسی خاص، مانند پل‌های قوسی یا سازه‌هایی با معماری خاص، استفاده می‌شود. محاسبه وزن سازه‌های خاص بسیار پیچیده، حتی غیرممکن است. به همین منظور، با استفاده از این نرم‌افزارها می‌توان وزن سازه‌های مختلف را محاسبه کرد.

سازه‌های کوچک و بزرگ روش‌های متفاوتی برای محاسبه وزن دارند. برای محاسبه وزن سازه‌های کوچک، می‌توان از روش‌های دستی استفاده کرد. اما برای محاسبه وزن سازه‌های بزرگ و پیچیده، استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی سازه ضروری است.

3. نحوه محاسبه وزن تقریبی فولاد در انواع سازه‌ها

الف – نوع کاربری سازه، در کل هر چه کاربری سازه به سمت ازدحام جمعیت بیشتر در ساختمان می‌رود وزن اسکلت افزایش می‌یابد. مثلاً وزن اسکلت یک ساختمان آموزشی از یک ساختمان مسکونی بیشتر خواهد بود. ضمناً در مورد ساختمان‌های خاص به‌مراتب این وزن افزایش می‌یابد.

ب – ارتفاع طبقات، معمولاً با افزایش ارتفاع طبقات در ساختمان وزن اسکلت افزایش می‌یابد این مسئله به دلیل لاغری بیشتر ستون‌ها و احتیاج به طراحی دست بالاتر آنها می‌باشد. البته دلایل بسیار دیگری نیز وجود دارد که توضیح آن در اینجا مقدور نمی‌باشد.

ج – محل قرارگیری سازه (از لحاظ مخاطرات لرزه‌ای، طوفان‌ها، بارش برف و …)، به‌صورت یک اصول کلی می‌توان گفت که نواحی در معرض خطر زمین‌لرزه بیشتر، طوفان‌های سهمگین‌تر و بار سنگین‌تر برف (برای ساختمان‌های با سقف سبک) ساختمان‌های آن دارای فولاد بیشتری خواهند بود. البته ملاحظات مهندسی زلزله نیز در این مورد دخیل خواهد بود.

فاصله دهانه‌های ستون‌ها از هم یکی از معضلات موردبحث بین مهندسان عمران و معمار این است که در برخی مواقع مهندسان معمار در نظر دارند این فاصله محور به محور ستون‌ها افزایش یابد تا فضای معماری بهتری را فراهم آورد. این قضیه قابل کتمان نیست؛ ولی نباید فراموش نمود که با این کار وزن اسکلت ساختمان بسیار افزایش خواهد یافت و اگر کارفرما شرایط مالی آن را داشته باشد مشکل به نظر نمی‌آید.

د – سیستم‌های باربری ثقلی و جانبی، برای سیستم‌های باربری ثقلی که مهم‌ترین آن سقف می‌باشد، می‌توان انواع سقف‌ها را مورداستفاده قرارداد. این سقف‌ها نظیر طاق – ضربی (تقریباً منسوخ شده)، تیرچه‌بلوک یا هر نوع دال بتنی یک‌طرفه، سقف دال بتنی دوطرفه و سقف کامپوزیت یا مرکب، پیش‌تنیده و غیره هستند. معمولاً انتخاب نوع سقف بستگی به این عوامل دارد، توانایی مالی کارفرما، حساسیت سازه، فاصله دهانه‌های ستون‌ها و کاربری سازه. معمولاً سیستم سقف‌های بهتر گران‌تر تمام می‌شوند، مثلاً سقف کامپوزیت با تیرچه‌های فرعی بسیار گران‌تر از سقف تیرچه‌بلوک تمام خواهد شد. در مورد سیستم‌های باربری جانبی نیز می‌توان گفت انتخاب آن در وهله اول بستگی به نقشه معماری ساختمان دارد. یعنی مهندس معمار باید در محل‌های مناسبی دیوارهایی را تعبیه کرده باشد که بتوان؛ مثلاً از بادبند یا دیوار برشی بهره برد. مورد بعدی کنترل تغییر مکان‌های جانبی سازه و ارضای نسبت تنش‌های قابل‌قبول می‌باشد. البته دلایل بسیار دیگری نیز وجود دارد که بعداً بحث خواهد شد.

ه – آیین‌نامه‌های معتبر قابل‌استفاده در آن زمان، معمولاً آیین‌نامه‌ها در هر ویرایش جدید ساختمان‌ها را رو به سنگینی بیشتر اسکلت می‌برند. یعنی مثلاً ساختمان‌هایی که با آیین‌نامه طراحی لرزه‌ای ویرایش سوم طرح می‌شوند از ساختمان‌هایی که با ویرایش دوم یا اول این آیین‌نامه طرح شوند، از لحاظ وزن اسکلت سازه تفاوت بسزایی دارند.

۱ – اسکلت فولادی:

الف – وزن آهن‌آلات مصرفی در سازه‌های با اسکلت فولادی با مهاربندی هم مرکز بدون وزن آرماتور سقف ۴۵ -۷۰ کیلوگرم بر مترمربع

ب – وزن آهن‌آلات مصرفی در سازه‌های با اسکلت فولادی با مهاربندی غیر هم مرکز بدون وزن آرماتور سقف ۵۰ -۷۵ کیلوگرم بر مترمربع

ج – وزن آهن‌آلات مصرفی در سازه فولادی با قاب خمشی متوسط و معمولی بدون وزن آرماتور سقف ۶۵ -۱۰۵ کیلوگرم بر مترمربع

د – وزن آهن‌آلات مصرفی در سازه فولادی با قاب خمشی ویژه و معمولی بدون وزن آرماتور سقف ۷۰ -۱۱۵ کیلوگرم بر مترمربع

ه – در سازه‌های دارای سیستم دوگانه نمی‌توان مقدار تقریبی را تعیین نمود؛ چون معمولاً این سیستم‌ها برای ساختمان‌های بلندمرتبه‌تر و دارای کاربری‌های اخص انتخاب می‌شوند؛ ولی به طور تقریبی بین ۷۰-۱۲۰ کیلوگرم بر مترمربع

۲ – اسکلت بتنی:

الف – وزن آهن‌آلات مصرفی در سازه بتنی با قاب خمشی+ دیوار برشی بدون وزن آرماتور سقف ۳۵ -۶۰ کیلوگرم بر مترمربع

ب – وزن آهن‌آلات مصرفی در سازه بتنی قاب خمشی متوسط بدون وزن آرماتور سقف ۴۰ -۵۵ کیلوگرم بر مترمربع

ج – وزن آهن‌آلات مصرفی در سازه بتنی قاب خمشی ویژه بدون وزن آرماتور سقف ۴۵ -۷۰ کیلوگرم بر مترمربع

۳ – وزن آرماتور سقف:

الف – سقف کامپوزیت:۸-۱۲ کیلوگرم بر مترمربع

ب – سقف تیرچه‌بلوک:۵-۷ کیلوگرم بر مترمربع

ج – سقف دال بتنی توپر:۱۰- ۱۶ کیلوگرم بر مترمربع

وزن کل اسکلت سازه: Wt=((W1+W2)*A)+W3 W1:

وزن مترمربع فولاد مصرفی در اسکلت W2:

وزن فولاد مصرفی در سقف W3:

وزن فولاد مصرفی در فونداسیون Wt:

وزن کل فولاد مصرفی در سازه A:

مساحت کل سازه با احتساب مساحت کل بنای ساختمان حتی خرپشته

وزن میل‌گرد

وزن تقریبی فولاد

برآورد مقدار موردنیاز گچ و آجرنما و ماسه‌بادی

• با هر کیسه گچ ۴۰ کیلویی برای لایه گچ‌وخاک تقریباً ۲.۸ مترمربع را می‌توان گچ‌وخاک کرد.
• در مورد سفیدکاری در لایه رو با هر کیسه گچ جبل ۴۰ کیلویی حدوداً ۱۲ مترمربع را می‌توانید سفید کنید.
• به‌ازای هر ۵ مترمربع آجر نمای ۳ سانتی ۱ کارتون آجر ال ۲۰ تایی موردنیاز است.
• هر کیسه ۵۰ کیلویی ماسه‌بادی برای ۴۰ مترمربع نمای آجر ۳ سانتی کافی است.

مقدار موردنیاز رنگ برای پوشش دیوار

به‌طورکلی هر کیلو رنگ‌روغنی ۴ الی ۶ مترمربع را پوشش می‌دهد و هر کیلو رنگ پلاستیک باتوجه‌به سطح زیر کار از ۶ الی ۸ مترمربع را پوشش می‌دهد

• محاسبه سرانگشتی مصالح

برای هر مترمکعب بتن ۲.۲ تن شن و ماسه مصرف می‌شود.

برای هر مترمکعب ملات دیوارچینی ۱.۸ تن ماسه مصرف می‌شود.

برای هر مترمکعب اندود افقی یا قائم، ۱.۸۵ تن ماسه مصرف می‌شود.

برای هر مترمکعب ملات فرش کف (سنگ و سرامیک)، ۱.۶۷ تن ماسه مصرف می‌شود.

برای سقف آجری حجم ملات مصرفی برابر، ۵۰۰ لیتر به ازاء هر مترمربع مساحت سقف است.

برای سقف تیرچه‌بلوک حجم ملات مصرفی برابر، ۷۷۰ لیتر به ازاء هر مترمربع مساحت سقف است.

تخمین تعداد آجر لازم برای هر مترمربع دیوارچینی در این روش مقصود از آجر، آجر فشاری یا آجر ماشینی با ابعاد فشاری است:

دیوارچینی ۱۱ سانتیمتری (ضخامت دیوار) : هر مترمربع ۷۰عدد آجر دیوارچینی ۲۲ سانتیمتری (ضخامت دیوار)

هر مترمربع ۱۳۷عدد آجر دیوارچینی ۳۵ سانتیمتری (ضخامت دیوار)

هر مترمربع ۲۱۷عدد آجر تخمین میزان وزن آهن لازم در ساختمانهای اسکلت فلزی

هر مترمربع بنا، ۲۵ تا ۴۵ کیلوگرم آهن در اسکلت فلزی می برد

• محاسبه حجم آجر و ملات

قابل‌توجه مهندسین که در کارگاه‌های ساختمانی مشغول به کار هستند. یکی از محاسباتی که در کارگاه‌های ساختمانی باید سریع حساب شود.

محاسبه تعداد آجر یا سفال و مقدار ملات و سیمان در قسمتی از پروژه می‌باشد که باید قادر به محاسبه باشیم نحوه محاسبه توسط رابطه‌های ذیل می‌باشد:

ضخامت دیوار×ارتفاع×طول = حجم دیوار حجم دیوار ×۴/۳ = حجم آجر حجم دیوار×۴/۱ = حجم ملات عیار ملات یا بتن × حجم ملات یا بتن = میزان سیمان در آجرکاری دیوار (حجم یک آجر یا سفال) / (حجم آجر ) = تعداد آجر یا سفال.

جمع‌بندی ونتیجه‌گیری