یک سازه مهندسی هر مجموعه ای از اعضای متصل به هم است که برای تحمل وانتقال مطمئن بارهای ( نیروهای )وارده به کار گرفته می شود. به طور معمول سازه به تکیه گاه ( یا تکیه گاههایی )ارتباط می یابد.
بدیهی است که یک سازه به منظور برآورد نیاز انسان طراحی و ساخته می شود از این رو باید از مقاومت واستحکام کافی برخوردار باشد به سخن دیگر سازه دستگاهی است که نیروهای وارده را تحمل کرده وبه محیط انتقال می دهد و ضمن این تحمل و انتقال مشخصات هندسی و مکانیکی خود را تاح دودی حفظ می نماید.
بنابراین یک سازهء مناسب نباید در اثر بارهای وارده فرو ریزد ویا شکل هندسی اش به اندازه ای تغییر نماید که دیگر مورد استفاده نباشد. بااین تعریف گسترده سازه های بی شماری را می توان نام برد از آنجا که معرفی همهء سازه های موجود ممکن نیست دراینجاتنها به آوردن نام چند سازه از جمله ساختمانهای مسکونی ،کارخانه ها ، سدها . پلها زیر دریاییهای هواپیماها کشتیها ورزشگاهها و دستگاههای مکانیکی بسنده می شود.
نظر به کاربری متفاوت سازه ها آنها را به شکلهای گوناگونی می سازند هر سازه پیچیده را می توان از به هم پیوستن چند شکل ساده به دست آورد دراینجا توجه خواننده را به این نکته جلب می نماید که یک عامل بسیار مهم در چگونگی تحمل بار و پخش نیروهای دالخی شکل سازه است . شکل واقعی سازه با مطلوب سازی به صورت الگوی سادهای در می آید و سپس به تحلیل به کار گرفته می شود.
به طور کلی سازه ها را به دو گروه : رشته ای یا خطی و پیوسته دسته بندی می نمایند سازه های رشته ای از عضوهای باریک تشکیل می شوندوبه صورتهای یک دو ویا سه بعدی طراحی می گردند.
ویژگی اصلی عضوهای رشته ای این است که ابعاد مقاطع آنها در برابر طولشان بسیار کوچک می باشد. یادآوری می گردد که عضوهای رشته ای به دو صورت مستقیم ویا خمدار به کار میروند. سازه های رسیمانی قوسی خرپایی ، تیری قابی و شبکه ای چند نمونه از سازه های رشته ای هستند که شکل آنها در زیر نشان داده شده است .
مقاومت سازه های ریسمانی به دلیل انعطاف پذیری در برابر خمش ناچیز است و در نتیجه این گونه سازه ها فقط توانایی تحمل نیروهای کششی را دارند. از سازه های ریسمانی هنگامی که هدف انتقا لویا تحمل بار کششی باشد استفاده می شود.
از موارد کاربرد آنها می توان پلهای معلق خطوط انتقال نیرو و سیمهای مهار برجهای بلند را نام برد. در یک پل معلق وزن پل و بارهای وارد بر آن توسط سازه ریسمانی به تکیه گاههای پل منتقل می شود.
از سوی دیگر قوسها سازه هایی سخت اند و شکل خمدار آنها چنانکه در مورد سازه های ریسمانی ملاحظه شد تابع بار وارده نیست. هرچند سازه های قوسی توانایی تحمل بارهای کششی برشی و خمشی را دارند با وجود این سازه های مزبور بویژه در مواردی که از رانش تکیه گاههایشان جلوگیری می شود نیروهای فشاری را با شایستگی بیشتری تحمل می نمایند.
به طور کلی از سازه های قوسی در مواردی استفاده می گردد که بارهای وارده باید بیشتر به صورت فشاری ( تا برشی و خمشی )تحمل شوند وافزون بر این کاستن از لنگر خمشی مقاطع سازه نیز مورد نظر باشد. اگر قوسی دارای هیچ گونه لنگر خمشی نباشد و در مقاطع آن تنها نیروهای فشاری و بر شی موجود باشد به آن قوس مطلوب (ایده آل ) گویند.
یک نمونه قوس مطلوب هنگامی است که سازه به شکل سهمی درجه دوسه مفصلی اختیار گردد و بار قائم وارد بر آن یکنواخت باشد . باید آگاه بود در حالت کلی شکل قوسهایی که پلها را حمایت می کنند. نزدیک به سهمی اختیار می شود چرا که بار پل تقریبا به طور یکنواخت و با شدتی ثابت به قوسها وارد می گردد.
خرپا ها عضوهای میله ای باریک مستقیم دارند که در دو انتها توسط چوش پرچ پیچ و بارها تنها در محل اتصال عضوها (گره )به خرپا وارد گردند و مفصلهای خرپا بدون مالش باشند.
با وجود آنکه عملا در مفاصل خرپاها به مقدار کمی اصطکاک وجود دارد با این حال فرض مطبور تحلیل را آسان می نماید و تنها خطای ناچیزی را در محاسبات وارد می سازد.
دراین شرایط عضوهیا خرپا فقط نیروی محوری ( فشاری یا کششی)تحمل خواهند نمود هرچند این سازه های به شکلهای گوناگون ساخته می شوند با وجود این خرپاها بیشتر از اجزای مثلثی تشکیل می گردند .
به دلیل مقاومت خوب خرپا ها در برابر خیز در مکانهایی که دهانه بین تکیه گاهها به طور نسبی زیاد باشد برای انتقال بارها به تکیه گاهها از سازه های خرپایی استفاده می شود. به عنوان نمونه سازه های خرپایی در پاره ای از پلها سقفهای کارگاهها و تالارها به کار می روند.
گونه دیگری از سازه ها که کاربردی فراوان دارند تیرها هستند. سازها های تیری بارهای جانبی وارده رااز طریق خمشی که در آنهاایجاد می شود تحمل می کنند بارهای وارد بر تیر در مقاطع مختلف آ“لنگر خمشی ایجاد می نمایند و تیر با تحمل این لنگر بارها را به تکیه گاهها انتقال می دهد لنگر خمشی یاد شده در یکسوی محور خنثای مقطع نیروهای فشاری و در سوی دیگر آن نیروهای کشی ایجاد می نماید افزون بر لنگر خمشی در حالت کلی نیروهای برشی ومحوری نیز در مقاطع تیرها به وجود می آیند برخلاف خرپاها سازه های تیری از نظر ارتفاع جای زیادی نمی گیرند و در واقع بسیار فشرده هستند به همین دلیل از آنها به طور گسترده ای در سقف ساختمانهای چند طبقه استفاده می شود.
از سوی دیگر مقاطع تیرها همانند خرپاها و با ریسمانها به طور یکنواخت زیر تنش قرار نمی گیرند از این رو سازه های تیری چندان اقتصادی نیستند. در واقع هنگامی که تارهای بالایی وپائینی مقطع تیر زیر تنش عمودی بیشینه هستند تارهای مرکزی آن تنش عمودی بسیار کمی تحمل می کنند بنابراین تیرها بر خلاف ریسمانها ویا خرپاها از مصالح مقطع به گونه ای مقرون به صرفه اقتصادی استفاده نمی کنند.
سازه های قابی به طور گسترده ای در ساختمانهای به کار میروند . دراین سازه ها ازعضوهای خمشی (عضو خمشی ،عضوی است که در برابر خمش مقاومت می کند) برای تیرها و ستونها استفاده می شود.
گره های یک سازه قابی بیشتر به صورت صلب و در برخی موارد به صورت مفصلی ساخته می شوند.
در پاره ای از قابلها عضوهای خرپایی برای مقاوم سازی سازه در برابر بارهای جانبی مورداستفاده قرار می گیرند . در قابهای سه بعدی افزون بر لنگر خمشی نیروهای برشی و محوری لنگر پیچشی نیز در مقاطع آنها وجود دارند .
باید افزود با فرضهایی قابهای سه بعدی را به صورت دو بعدی در آورده و آنها را ساده تر تحلیل می کنند. شبکه ها از نظر شکل هندسی هماندن قابهای مستوی هستند . تفاوت شبکه و قاب مستوی دراین است که در شبکه بارها در صفحه سازه به آن وارد نمی شوند بلکه به صورت عمود بر شبکه بر آن وارد می گردند.
به طور معمول گره های شبکه ها صلب ساخته می شوند. نیروهای مقاطع شبکه ها لنگر خمشی نیروی برشی و لنگر پیچشی اند از شبکه ها در سقفهای با دهانه های بزرگ استفاده می شود.
اینک سازه های غیر رشته ای مورد بررسی قرار می گیرند. این نوع سازه ها را سازه های پیوسته نیز می گویند باید دانست سازه های پیوسته به صورتهای دو بعدی و سه بعدی ساخته می شوند سدها و دیوارهای حجیم نمونه های سه بعدی این گونه های سازه ها می باشند از سوی دیگر برای ساده کردنتحلیل وهنگامی که یک بعد سازه همواره از بعدهای دیگر آن کوچکتر باشد آن را مطلوب سازی نموده و به صورت دو بعدی در می آورند.
سازه های پرده ای یک نمونه دو بعدی از سازه های مورد بحث هستند. ویژگی مهم سازه های پردهای دراین است که نرم وانعطاف پذیر بوده و ضخامت کمی دارند وتنها نیروی کششی را تحمل می کنند در واقع سازه های پردهای نوع دو بعدی سازه هایی ریسمانی هستند لاستیکهای ساده یا مسطح و پارچه ها اگر به صورت باربر مورد استفاده قرار گیرند این ویژگی را دارا می باشند. همچنین چادرهای صحرایی و پوشش توپهای بازی دو نمونه از سازه های پرده ای هستند.
صفحه ها نمونه ای دیگر از سازه های پیوسته اند که در شکلهای متفاوت مانند چارگوشه و گرده به کار می روند. این سازه هاتخت و دارای ضخامت بوده و بر خلاف پرده ها سخت می باشند . در ساختمانها و ماشینهای صنعتی از صفحه ها استفاده های فراوانی می گردد.
چگونگی تحمل نیروها به وسیله صفحه ها همانند تیر هاست بااین تفاوت که سازه های صفحه ای به صورت دو بعدی رفتار می کنند در وهله نخست صفحه ها نیروهای وارده را با تحمل لنگر خمشی ایجاد شده انتقال می دهند با وجود این نیروها ی برشی و در پاره ای از موارد نیروهیا محوری نیز در مقاطع این گونه سازه ها به وجود می ایند.
پوسته ها همانند صفحه ها نیستند ولی خمیده شکل اند و به همین دلیل برای دهانه های بزرگ مناسبتر می باشند. طراحان از شکل پذیری بتن دراجرای پوسته ها استفاده نموده و بناهای زیبایی می سازند . باید دانست نوع دو بعدی قوسها همان سازه های پوسته ای هستند. نیروهای وارده بر پوسته ها در وهله نخست به وسیله نیروهای فشاری و یا کششی مقاطع انتقال می یابند با وجود این مقاطع پوست ها زیر اثر لنگرهای خمشی و نیرو های برشی نیز قرار دارند.