فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی، یکی از پیشرفتهترین روشهای سازهای است که در سالهای اخیر به ویژه برای ساخت ساختمانهای بلند بسیار محبوب شده است. این فناوری با تلفیق اجزای قدرتمند سازهای، دیوار برشی مرکزی، تیرها، ستونهای ویژه و سیستمهای جذب انرژی، امکان مقابله با نیروهای زلزله و بارهای جانبی را به نحو چشمگیری بهبود میدهد.
در این مقاله میتوانید با کاربردها و همچنین مزایا و معایب این سازه به طور کامل آشنا شوید. مجله اینترنتی والا اینوست با ارائه تازهترین فناوریها و نوآوریهای صنعت ساختمان، در خدمت علاقهمندان و فعالان این حوزه است.
فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی چیست؟
فناوری سوپر فریم (Super Frame) سیستم سازهای پیشرفتهای است که در آن نیروی زلزله و بارهای جانبی به جای فشار به تمامی اجزای سازه، به یک هسته مرکزی یا سازه فوققوی منتقل میشود. در این روش، سایر اجزا مانند تیرها و ستونها بیشتر نقش انتقالدهنده نیرو را دارند.
ساختمانهای مرتفع به دلیل وزن زیاد، مرکز جرم بالا و تاثیر نیروهای جانبی گسترده، نمیتوانند تنها با تکیه بر قابهای خمشی یا دیوارهای برشی سنتی عملکرد مناسبی داشته باشند. در این شرایط، فناوری سوپر فریم با تمرکز نیروها در یک هسته مرکزی فوقمقاوم و انتقال هوشمندانه انرژی از طریق میراگرها و تیرهای اصلی، ساختار ساختمان را از خطر تغییر شکلهای ناگهانی و فروپاشی حفظ میکند.
اجزای اصلی سیستم سوپر فریم در ساختمانسازی
سیستم سوپر فریم (Super Frame) از چند جز کلیدی تشکیل شده است که هر یک وظیفهای دقیق و حیاتی در پایداری، تعادل و جذب نیروهای جانبی سازه بر عهده دارند. این اجزا در کنار یکدیگر، عملکردی هماهنگ و مهندسیشده ایجاد میکنند تا ساختمان در برابر زلزله، باد و سایر نیروهای دینامیکی مقاوم بماند.
طراحی این سیستم بهگونهای است که ضمن افزایش مقاومت و سختی کلی سازه، آزادی عمل بیشتری به معمار برای خلق فضاهای باز و بدون ستون میدهد. در ادامه با مهمترین اجزای این فناوری نوین آشنا میشویم:
سوپروال (Super Wall) یا هسته مرکزی
سوپروال بخش اصلی و مقاوم سازه است که بهصورت دیوار برشی یا هسته مرکزی در میانه ساختمان قرار میگیرد. این دیوار معمولا با بتن پرمقاومت ساخته میشود و وظیفه انتقال و جذب نیروهای قائم و جانبی را بر عهده دارد. در ساختمانهای بلند، سوپروال بهصورت پیوسته از فونداسیون تا بام امتداد پیدا میکند و مرکز ثقل و پایداری کل سیستم محسوب میشود.
سوپربیم (Super Beam) یا تیر فوقانی
سوپربیمها تیرهای اصلی و سنگینی هستند که در بالاترین تراز سازه قرار میگیرند و سوپروال را به ستونهای پیرامونی متصل میکنند. این تیرها نقش مهمی در انتقال بارهای افقی و عمودی ایفا کرده و با کمک میراگرها، نیروهای ناشی از زلزله را جذب میکنند.
ستونهای اتصالی (Link Columns)
در هر وجه از ساختمان، معمولا دو ستون اتصالی قرار دارد که در مجموع، هشت ستون در اطراف سازه تشکیل میشود. این ستونها به سوپربیمها و سوپروال متصل هستند و ضمن انتقال بارهای خارجی به هسته مرکزی، پایداری جانبی و تقارن نیروها را تضمین میکنند.
میراگرها (Dampers) یا سیستم جذب انرژی
میراگرها یکی از اجزای حیاتی فناوری سوپر فریم هستند. این المانها انرژی جنبشی ناشی از زلزله یا باد را جذب کرده و از انتقال مستقیم آن به سازه جلوگیری میکنند. میراگرها معمولا بین سوپروال و سوپربیمها نصب میشوند و نقش موثری در کاهش ارتعاش، تغییرمکان و خستگی مصالح دارند.
دالها و دیافراگمهای افقی
کف هر طبقه بهصورت دال صلب طراحی میشود تا نیروهای جانبی را به سوپروال منتقل کند. این دالها همچنین بهعنوان دیافراگم افقی عمل کرده و موجب توزیع یکنواخت نیرو در سطح ساختمان میشوند. طراحی دقیق دالها برای جلوگیری از تمرکز تنش و حفظ هماهنگی بین اجزا بسیار ضروری است.
ستونهای داخلی ساده
در سیستم سوپر فریم، بهدلیل تمرکز نیرو در هسته و ستونهای پیرامونی، نیاز به ستونهای متعدد داخلی وجود ندارد. تنها چند ستون ساده برای حفظ تعادل سازهای کفها استفاده میشود که همین موضوع امکان طراحی پلانهای باز و متنوع را برای فضاهای داخلی فراهم میکند.
تکنیکها و روشهای اجرایی سوپر فریم در ساختمانسازی
فناوری سوپر فریم از جمله سیستمهای نوین سازهای در ساختمانسازی است که با هدف افزایش استحکام، انعطافپذیری و کاهش وزن سازه بهکار میرود. اجرای این فناوری به بهرهگیری از روشها و تکنیکهای خاصی نیاز دارد که هر یک نقش مهمی در عملکرد بهینه و پایداری سازه دارند. در ادامه به روشهای اجرای سوپر فریم در ساختمانسازی اشاره شده است:
- استفاده از ستونها و تیرهای فولادی با مقاومت بالا برای انتقال بارهای قائم و افقی
- اجرای اتصالات صلب و مقاوم در برابر زلزله برای افزایش پایداری جانبی سازه
- بهرهگیری از سیستمهای پیشتنیده (Post-tensioned) برای کاهش تغییر شکل و افزایش مقاومت کششی
- استفاده از بتنهای سبک و با مقاومت بالا (HSC یا UHPC) در بخشهای غیر باربر
- طراحی و اجرای هسته مرکزی صلب (Core Structure) برای کنترل پیچش و ارتعاش ساختمان
- بهکارگیری مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) جهت کنترل دقیق روند ساخت و کاهش خطاهای اجرایی
- استفاده از اتصالات خشک و مدولار بهمنظور سرعتبخشی به اجرا و قابلیت بازسازی آسان
- کنترل کیفیت با سیستمهای نظارتی هوشمند و حسگرهای ساختاری در طول فرایند اجرا
مزایای استفاده از فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی
فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی مزایای چشمگیری از نظر مقاومت، کارایی و صرفهجویی اقتصادی دارد. این سیستم با ترکیب اجزای فولادی و بتنی، وزن کلی سازه را کاهش داده و در عین حال پایداری فوقالعادهای در برابر زلزله و نیروهای جانبی ایجاد میکند، که آن را به یکی از نوآورانهترین فناوریهای سازهای قرن تبدیل کرده است. در ادامه به مهمترین مزایای سوپر فریم در ساختمانسازی اشاره کردهایم:
- مقاومت بالاتر در برابر زلزله: کاهش تنش در المانها با انتقال نیروها به هسته مرکزی
- افزایش انعطافپذیری پلان داخلی: کاهش تعداد ستونهای داخلی، امکان اجرای پلان آزاد
- کاهش تغییرمکانها و پیچشها: کنترل تغییرشکل با استفاده از میراگرها و تمرکز نیرو به هسته
- کاهش خسارات در بلندمدت: سازه ایمنتر با خرابی کمتر در زلزلههای احتمالی
- اجرای سریعتر در پروژههای بزرگ: بهرهگیری از قطعات پیشساخته، کاهش زمان ساخت
چالشها و معایب سوپر فریم در ساختمانسازی
با وجود مزایای فراوان، فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی با چالشهایی نیز همراه است. برخی از مهمترین معایب استفاده از سوپر فریم در ساختمانسازی عبارت اند از:
- هزینه اولیه بالاتر به دلیل نیاز به مصالح با کیفیت و سیستمهای پیشرفته
- نیاز به مهندسان و کادر اجرایی متخصص
- پیچیدگی طراحی و تحلیل سازه
- دشواری در تامین میراگرها و اجزای خاص در بازارهای محلی
- محدودیت در برخی ابعاد پروژهها یا کاربریها
کاربردهای فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی
فناوری سوپر فریم به دلیل استحکام بالا، طراحی انعطافپذیر و مقاومت عالی در برابر نیروهای جانبی، در پروژههای متنوع ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرد. این فناوری در سازههای بلندمرتبه و مدرن کاربرد دارد و در پروژههایی که نیاز به ایمنی بالا و طول عمر زیاد دارند نیز بهکار گرفته میشود. کاربردهای فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی عبارت اند از:
- برجها و ساختمانهای بلندمرتبه بهدلیل تحمل بارهای سنگین و پایداری در برابر زلزله و باد
- سازههای هوشمند و مدرن شهری با طراحی سبک و قابل انعطاف
- فرودگاهها، ایستگاهها و مراکز حملونقل بزرگ بهدلیل نیاز به دهانههای باز و بدون ستون
- پلها و سازههای زیرساختی سنگین برای افزایش مقاومت در برابر ارتعاش و خستگی مصالح
- ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله در مناطق لرزهخیز
- مراکز تجاری و اداری بزرگ با ترکیب زیبایی، دوام و عملکرد بالا
مقایسه سوپر فریم با سایر سیستمهای سازهای
در جدول زیر، مقایسهای بین سوپر فریم و برخی سیستمهای مرسوم ارائه شده است:
| معیار مقایسه | سوپر فریم | سیستم قاب خمشی معمولی | سیستم دیوار برشی + قاب ترکیبی |
| انتقال نیروهای جانبی | به هسته مرکزی (متمرکز) | به تیرها و ستونها توزیع شده | ترکیبی از دیوار و قاب |
| انعطاف پلان داخلی | بالا، به دلیل کاهش ستونها | متوسط | محدودتر از سوپر فریم |
| کنترل تغییرمکان و پیچش | بسیار مناسب | ممکن است ناکافی باشد | متوسط تا خوب |
| پیچیدگی طراحی و اجرا | بالا | متوسط | نسبتاً بالا |
| هزینه اولیه | زیاد | متوسط | بینابین |
| نیاز به تجهیزات خاص | بله (میراگرها، بتن پرمقاومت) | کمتر | متوسط |
سخن پایانی
فناوری سوپر فریم در ساختمانسازی یک نوآوری سازهای است که میتواند چالش بزرگ ساختمانهای بلند را در مقابل زلزله و بارهای جانبی به شکلی موثر پاسخ دهد. با استفاده از هسته مرکزی قوی، ستونهای اتصالی، تیرهای بزرگ و سیستمهای جذب انرژی، این سیستم امکان طراحی پلانهای آزاد، کنترل تغییرمکان و افزایش دوام سازه را فراهم میآورد. اگرچه هزینه و پیچیدگی اجرا از موانع آن هستند، اما در پروژههای با ارتفاع زیاد و نیاز به مقاومت بالا، سوپر فریم یکی از گزینههای برجسته به شمار میآید.
منابع: sciencedirect، wtc
