- بخش چهارم
- داوطلبین گرامی مباحث ارائه شده در این جزوه ارشد به سه درس ایستایی ، عناصر و مصالح ساختمانی کمک می کند . با توجه به اهمیت فراگیری نکات کلیدی این سه در س که زیرمجموعه فن ساختمان می باشد این مطالب ارائه می گردد.
فصل هشتم : ستون های بتن آرمه
*در ستون ها حداقل تعداد میلگردهای طولی برای مقاطع مستطیل برابر۴ و بار مقاطع دایره ای برابر ۶است. اندازه این میلگردها نباید این میلگردها نباید از ۱۲ میلی متر کمتر باشد.
بررسی موردی بناها :
آسمان خراش تورسو،سوئد،کالاتراوا :
مرتفع ترین ساختمان مسکونی ارتفاع ۱۹۰متر، الهام از حالت های طبیعی بدن انسان
معماری های تک، سازه فولادی خارجی که گوشه های برج را با اعضای مورب به هم وصل کرده اند در مقابل نیرهای جانبی مقاومت می کنند.سازه بتنی لوله ای به عنوان هسته مرکزی سازه افقی دال بتنی گسترده و مخروطی شکل که نیمی از فوندنسیون بتنی با شمع های بتنی هرکدام طره شده است.
ساختمان بیمه لویدز،ریچاردراجرز،انگلستان :
سازه بتنی
بادبندهای خارجی (لوله های فولادی) مقاومت در برابر نیروی جانبی پوشیده شده از بتن برای مقاومت در برابر حریق، سیستم سازه ای تیرهای متقاطع (دال دو طرفه) بتنی درجاست.
نمای شیشه ای، باورق های فولادی
فصل نهم : پی های بتن آرمه
پی هاباید طوری ساخته شوند که سطح زیرین آنها در زیر سطح و یخبندان باشد.
حداقل پوشش اسمی برای میلگردها در پی ها برای بتنی که بر روی زمین ریخته شود۷۵ میلی متر و برای بتنی که بر روی بتن دیگری ریخته می شود۴۰ میلی متر در نظرگرفته شود.
پی منفرد : پی یک ستون مجزا به صورت مربع می توان در نظر گرفت ولی وقتی گشتاوربزرگی نسبت به یک محور اثرمی کند در نظر گرفتن شکل مستطیل مناسب تراست.
کلاف بندی پی منفرد به علت جلوگیری از تغییر مکان به دلیل نیروی جانبی است.
پی های منفرد با باربدون محوری: هرگاه ستون روی یک پی منفرد در حاشیه زمین محل ساختمان و یا در جوار موانع دیگر باشد به نحوی که ادامه پی به صورت متقارن نسبت به مرکز بار در تمام جهات مسیر نباشد، به پی بار برون محوری وارد می شود و یا وجود لنگردر پای ستون و اثر برش که در روی پی وجود دارد موجب ایجاد بار برون محوری در پی می شود.
پی های مرکب: هنگامی که دو ستون در فاصله کم از هم قرار دارند در بسیاری از موارد مناسبتر است که پی های آنها با یکدیگر ادغام کرده و یک پی مرکب تشکیل داد.
پی های تسمه ای: پی های تسمه ای هنگامی به کاربرده می شوند که پی مربوط به ستون خارجی نباید از خط مشخص احاطه کننده زمین تجاوز کند در این حالت یک تیر تسمه ای،بین پی خارجی و پی داخلی قرار داده می شود.
عمل تیر تسمه ای، مقاومت در برابر واژگونی است که به علت باربدون محور خارجی وارد می شود.
پی های نواری: این پی در زیر دیوارها یا در زیر یک ردیف ستون های نزدیک به هم قرار داده می شوند در زمین های شیب دار پی ها می توانند به صورت افقی یا پله ای اجرا شوند.
پی های گسترده : یک پی گسترده بارها را توسط یک دال بتن آرمه که در زیر ساختمان کاملا گسترده شده است به زمین منتقل می کند.
پی های شمعی : این نوع پی در محل هایی که رایط خاک حتی برای پی های گسترده ضعیف باشد و یا اجرای روش های دیگر غیر اقتصادی است به کاربرده می شود. شمه ها باید تا خاک محکم ادامه یابند.
کمتریتن فاصله مرکز به مرکز شمع ها بایدیکی ازمقادیر زیرباشند:
۱ ) برای شمع های اصطکاکی، قطر شمع ها( درلایه نرم کوبیده و می شود و مقاومت اصطکاکی بین بدنه و خاک برای تحمل وزن سازه کافی است)
۲) برای شمع هایی با تکیه انتهایی، ۲برابر کمترین عرض شمع ها ( به لایه های نرم نفوذ می کند و بار خود را بر سطح سخت تر زیرین وارد می کنند)
*گاهس اقات پی های شمعی باید نیرو های افقی را علاوه برنیروهای قائم تحمل کنند.
کلاف دیوارها : بسیاری از ساختمان های متوسط یا حتی در مقیاس بزرگ دارای کلاف های بتنی هستند که در زیر دیوارهاو یا روی دیوارو در سقف قرار می گیرند و بارهای سازه ای را تحمل می کنند بیشترین کاربرد این کلاف ها در ساختمان های مسکونی است.
*کلاف های دیوار نباید عرض کمتراز۳/۰متر داشته باشند.
*براساس آیین نامه بتن ایران ضخامت شالوده ای روی خاک قرارمی گیرد نباید از ۲۵۰میلیمتر و در مواردی که شالوده روی شمع قرار می گیرد نبایدکمتر از۴۰۰میلیمتر اختیار شود.
*در شالوده دال شکل مقدار میلگرد خمشی نباید کمتر ازحداقل مقدار آرماتور حرارتی و جمع شدگی باشد.همچنین قطر میلگردهای مصرفی نباید کمتر از۱۰میلی متر و فاصله محور به محور آن نباید کمتراز۱۰۰میلی مترباشد.
میلگردهای ریشه : برای هر میلگرد ستون، یک میلگرد ریشه با همان قطراستفاده می شوند که عمق شالوده برای تامین طول مهاری فشار آن کافی است.
بررسی موردی بناها:
کتابخانه دانشگاه آزاد برلین، نورمن فاستر،برلین
سازه بتنی
گنبد دو پوسته ، پوسته خارجی ازپانلهای آلومینومی وبراق، پوسته داخلی ازبافت شیشه مات وشفاف.
برج های دوقلوی پتروناس،مالزی، سزار پلی : ارتفاع ۴۵۲ متر
طرح این دو برج ملهم ازویژگی معماری اسلامی یعنی مناره ودروازه ی شهراست.( پاگوداهای مدرن)
اسکلت فلزی
۱۴مستهلک کننده دینامیکی وظیفه مقابله با نیروی زلزله رابرعهده دارد.مصالح نماازشیشه آلومینوم وفولاد ضد رنگ پوشیده شده است.
فصل دهم : دال های بتن مسلح
۱ )سیستم های یک طرفه باتکیه گاه :
الف ) دال های صلب با آرماتوربندی یک طرفه
ب ) سیستم تیرچه و دال های دنده دار
۲ ) سیستم های دوطرفه با چهارتکیه گاه
الف ) دال های دوطرفه یکپارچه
ب ) دال های دنده دار دو طرفه و دال وافل
۳ ) دال های بدون تیر
الف ) دال های یک پارچه ممتد
ب ) دال های دنده دار بدون تیر
بررسی موردی بناها :
فروشگاه سلفریچ،شرکت سیستمهای آینده،انگلستان
میدان بادبزن ها، کاندلا،مکزیک
استفاده از عناصر لوله مانند تا فواره آب از آنها عبور کند.
ساختمان طراحی شده کننار میدان دارای سقف بادبزنی شکل تشکیل شده از۳۲ قسمت بتنی که از فرم های مثلث شکل گرفته.تمام سیستم توسط یک حلقه درسقف که فشار را در مرکز تحمل می کند، متعادل می شود.
فصل یازدهم : دیوارهای بتن مسلح
دیوارهای حائل بلند و استفاده از روشهای دیگر
بررسی موردی بناها:
پل هامبر، انگلستان ، فریمن فوکس وشرکاء
از بزرگترین پل های معلق تک دهانه ای در جهان برج های پل شامل یک جفت ستون بتنی عمودی تو خالی.
مرکزتجارت جهانی بحرین، شرکت اتکینز : ۲۴۰متر
اولین آسمان خراش ساخته شده ای که در طراحی خود از توربین های بادی استفاده می کند.
فصل دوازدهم : اتصلات
بررسی موردی بناها :
شهرهنر و دانش ، کالاتراوا،اسپانیا
- رصدخانه گنبدنیمکره به شکل چشم انسان به صورت متتحرک با پوشش بتنی طاق مانند طراحی شده است.
- کاخ هنر مجموعه ای ازفرم های تصادفی که در درون دو پوسته بتنی شکاف خورده وحدت یافته است.حجم عدسی شکلی زیر سقف فلزی عظیمی گسترده شده است که دو تکیه گاه آن را نگه داشته اند. در هردوطرف رو پوشش فولادی چند لایه به چشم می خورد که با روکشی شکسته پوشیده شده است.
مد یا تک سندایی،تویوایتو،ژاپن
استفاده از ۱۲ تیوپ عمودی فولادی که به عنوان ستون عمل می کنند و لایه های هرفضا را به صورت معلق نگه داشته اند.
فصل سیزدهم : بتن پیش تنیده وپیش ساخته
مفهوم پیش تنیدگی عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی دریک عضو بتنی به مقدار لازم به طوری که در ااثراین تنش اولیه بخشی ازتنش های کششی ناشی ازبارهای مرده وزنده درعضو در زمان بارگذاری، خنثی شده و درنتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدامی کند.
در صورت استفاده ازبتن پیش تنیده نسبت ارتفاع موثرتیر به دهانه به ۲۰/۱ تا ۳۰/۱ می رسدواین درحالی است که این نسبت دراغلب تیرهای بتن مسلح۱۰/۱ تا ۲۰/۱ است.
در اجرا:
اگرنصب میله های فولادی وتحتت کشش قرار دادن آنهافبل ازمرحله بتن ریزی انجام شود (همانند روشی که بتن تنیده درکارخانه ساخته می شود) از روش پیش تنیده کردن استفاده شده است.
بستربتن ریزی برای تیرهای پیش تنیده که امکان بتن ریزی همزمان پندین تیر وجوددارد.
بتن پس تنیده : پس تنیده کردن به فرایندی گفته می شود که ایجاد تنش دربتن بعد ازعملیات بتن ریزی انجام شود.
فواید اصلی پیش تنیدگی را می توان به شرح زیر برشمرد:
۱ ) از آنجا که تنش خشمی ناشی از وزن تیربا تنش فشاری خروج از مرکزیت در تعادل است تیرها دارای ظرفیت اضافی تحمل بارگرانشی هستند.
۲ ) چون تمام مقطع تحت فشار است مقاومت برشی افزایش پیدا می کند این امرامکان طراحی تیرهای پیش تنیده راباجان باریک فراهم می کند و درنتیجه بارهای مرده به صورت قابل توجهی کاهش می یابد.
۳ ) حذف ترک ها با افزایش دوام سازه بتنی همراه است بویژه در شرایط جوی مرطوب و محیط های مهاجم و یا آب و هوایی که موجب خوردگی می شود.
پیش تنیدگی بتن با استفاده از نیروی کششی فولادهای با مقاومت زیاد به دو شیوه پیش کشیدن فولاد و پس کشیدن فولاد به شرح زیر انجام می شود :
الف ) پیش کشیدن فولاد : این عملیات شامل کشیدن سیم ها، بتن ریزی، آزادکردن سیم ها و بریدن طول اضافی آنهاست.
پیش کشیدن فولاد : این عملیات شامل جاگذاری غلاف ها، بتن ریزی عبور سیم های فولادی از غلاف ها و کشیدن سیم هاست.
سیستم پیش کشیده به دو روش اجرا می شود:
الف ) سیستم ساخت چسبیده
ب ) سیستم ساخت غیرچسبیده
در سیستم چسبیده ، پس از عبور کابل های پیش تنیدگی ازمیان غلاف و اتمام عملیات کشش به داخل غلاف ها یا سوراخ ها دوغاب سیمان تزریق می کنند تا هم فولاد را زنگ زدگی محافظت کنند و هم چسبندگی بین سیم های فولادی و غلاف را تامین نمایند.
الف – عملکرد غلاف در روش پس کشیدن :
– تامین یک نسیر مناسب برای کابل ها در حین عملیات ساختمانی
– ایجاد چسبندگی بین دوغاب و بتن
– محافظت بیشتر در برابر نفوذ رطوبت و موادشیمیایی
ب ) عملکرد دوغاب در روش پس کشیدن:
– افزایش محافظت در برابر خوردگی
– تامین چسبندگی بین کابل وغلاف در تمام طول آن
– فراهم آوردن محیطی نارسانا در برابرخوردگی
مزایای استفاده از سازه های پیش تنیده :
ویژگی بارز سقف های پیش تنیده عبارتند از :
- امکان ایجاد دهانه های بزرگتر، با تعداد ستون کمتتر
- کاهش چشمگیر ضخامت دال ها یا تیرهای بتنی
- حذف آویزتیرها و امکان استفاده از سقفی کاملا مسطح
- امکان ایجاد طره های بلندتر
- انعطاف پذیری در طرح معماری
- افزایش فضای مفید و قابل استفاده در ارتفاع موجود
- قابلیت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی
- وزن کمتر سقف
- زمان کوتاهتر ساخت
- کمترین ارتفاع کف به کف ممکن (بویژه در پارکینگ ها)
- بهبود شرایط ساخت و در نتیجه صرفه جویی در زمان
- کاهش میزان غالب مورد نیاز برای اجرای سازه، سهولت غالب بندی و سریع ترین زمان بازگشت غالب
- رمپ های کوتاه تر ( به علت کاهش ارتفاع )
- عملکرد بهتردر برابر زلزله
- رفتار بهتر در توضیع نیروهای جانبی به علت یکپارچگی سقف و ایجاد دیافراگم افقی
- قابلیت عبور لوله های تاسیساتی در زیر سقف، به علت سطح صاف زیردال
- امکان ایجاد بازشو در اندازه لازم
- صرفه جویی در اعضای سازه ای قائم و فونداسیون و در مناطق زلزله خیز در اعضای مقاوم در برابربارهای جانبی
- صرفه جویی در غالب بندی اعضاسازه ای قائم
- سهولت اجرای تاسیسات مکانیکی، آسانسورها، راه پله و سیستم تهویه
دلایل اقتصادی بودن سازه های پیش تنیده :
- کاهش ارتفاع کل ساختمان و درنتیجه صرفه جویی در مخارج نما و تاسیسات عمودی
- کاهش ضخامت دال و درنتیجه کاهش وزن اسکلت، فونداسیون وهزینه مصالح
- کاهش هزینه اجرایی به علت مصرف مصالح کمتر درسازه ساختمان وتاثیر مستقیم آن برنیروی انسانی موردنیاز
- افزایش فضای مفید مسکونی،تجاری واداری(در ارتفاع به دلیل حذف آویزتیرهاودر سطح به دلیل کم شدن ستون ها)
- افزایش فضای مفید پارکینگ با ایجاد دهانه های بزرگتر
- کااهش مدت زمان رسیدن به بهره برداری
- عدم نیاز به مسلح نمودن قسمت کششی دال بیش ازآنچه که برای نیروهای ثقلی در نظرگرفته شده است با توجه به پیش تنیدگی دال
مزایای بتن پیش ساخته که در شرایط کنترل شده کارخانه ساخته می شود :
- کنترل کیفیت بهتر
- کاهش میزان انقباض در محل کارگاه ساختمانی
- اجرای سریع تر
- امکان ساخت بهینه اشکال پیچیده و کارآمد
معایب بتن پیش ساخته :
ü محدودیت حمل ونقل در مورد قطعات بزرگ و طویل
ü نیاز به نیروی ماهر و متخصص برای نصب قطعات
ü مشکلات معماری یا اجرایی که در اثرخیزمعکوس در قطعات پیش ساخته پیش تنیده بوجود می آید
بررسی موردی بناها :
کلیسای سنت آنتونی، کاندلا،مکزیک
پوسته های بتنی هایپار،طاق های بتنی
برج مخابرات اشتوتکارت، آلمان، فریتس لئونارد
دکل مخروطی شکل بتنی
مرکزفرهنگی حیدرعلی اف،بالک،زاهاحدید:
پیوسته یکپارچه ای از بتن
نمای شیشه ای موزه با اثرات تندیس وارخود واسطه ای است بین پوسته خارجی و زمین
مجموعه فرهنگی چهار معمار،ابوظبی
الف ) موزه دریایی، آندو
ب ) موزه گوگنهایم ابوظبی، فرانک گری
ج )مرکزهنرهای نمایشی،زاهاحدید
د ) موزه هنرهای کلاسیک، ژان نوول
سازه فولادی و پی های بتن آرمه
