طراحی تیرهای بتن آرمه

• بخش سوم

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 پنجم طراحی تیرهای بتن آرمه

نمونه هایی از منحنی تنش – تغییر شکل نسبی از نمونه های بتنی را که به صورت یک محوری در آزمایش ها به مدت چند دقیقه بارگذاری شده اند نشان می دهد .

شکل دقیق منحنی تنش تغییر شکل نسبی به مقدار زیاد به مقاومت بتن بستگی دارد . نتایج زیر را می توان برای بتن هایی که معمولا در محل کار برده می شوند در نظر داشت .

۱)     تا ۵۰ در صد تنش max منحنی تنش تغییر شکل نسبی را می توان به وسیله یک خط مستقیم نشان داد .

۲)     تنش max در تغییر شکل نسبی برابر ۰۰۲/۰ به وجود می آید .

۳)     ترک خوردگی قابل رویت و متلاشی شدن بتن تا قبل از تغییر شکل نسبی ۰۰۳۵/۰ به وجود نمی آید .

نکته : مقاومت کشتی بتن معمولا کمتر از ۲۰ در صد مقاومت فشاری آن است .

ضریب پواسون : نسبت بین تغییر شکل نسبی جانبی به تغییر شکل نسبی در جهت بار وارده در بارگذاری یک محوری ” ضریب پواسون ” نامیده می شود این مقدار برای بتن بین ۱۵ در صد تا ۲۰ درصد تغییر می کند .

رفتار قطعات خمشی : اگر یک تیر بتن آرمه به تدریج تا گسیختگی بارگذاری شود :

الف ) توزیع تغییر شکل های نسبی طولی در یک مقطع عمودی خطی است که فشار max در سطح فوقانی و کشش max در سطح تحتانی داریم . تغییر شکل نسبی فولاد و بتن یسان است و متناسب با گشتاور خمشی خارجی در آن مقطع

ب) مقاومت کششی بتن در سطح تحتانی به صورتی است که ترک هایی در آن جا پدیدار می شود و پیش می رود فولاد نیروهای کششی را تحمل می کند و تغییر شکل زیادی پیدا می کند توزیع تغییر شکل های نسبی در مقطع عمودی فعلا خطی است . اما کم کم از این الگو منحرف می شود .

ج) فولاد به جاری شدن می رسد . افزایش گشتاور وارده نمی تواند با افزایش تغییر شکل در فولاد تحمل شود و گسیختگی به وجود می آید .

• در صد فولاد کششی وقتی که از فولاد با حد جاری شدن بالا ( فولاد آج دار ) استفاده می شود نباید از ۱۵/۰ در صد و برای فولاد معمولی ( نرمه ) نباید از ۲۵/۰ در صد کمتر باشد .
• در صد فولاد کششی و فولاد فشاری نباید از ۴ % تجاوز کند .
• خاموت ها یارکابی ها به خاطر مقاومت در مقابل برش ، یا برای نگهداری فولاد فشاری در مقابل کمانش یا به دلیل اجرایی لازم هستند . در جایی که فولاد فشاری در یک تیر استفاده می شود باید خاموت هایی به قطر حداقل قطر بزرگترین میلگرد کششی یا فشاری د فواصلی که از ۱۲ برابر قطر کوچکترین میلگرد کششی یا فشاری تجاوز نکند ، قرار داده شود .
• پوشش اسمی فاصله بین سطح بتن تا خارجی ترین سطح میلگرد است . این مقدار برای شهر تهران ۲۰mm و برای مناطق شمالی ۴۰mm است .
• کمترین فاصله بین میلگرد ها : فاصله آزاد افقی بین میله ها معمولا نباید کمر از +۵mm(max اندازه اسمی (hagg) مصالح سنگی درشت و یا قطر میلگرد ها Øهر کدام که بزرگتراست ، باشد .
• فاصله عمومی آزاد بین ردیف میلگرد ها نباید کمتر از (Ø یا Hagg) هر کدام که بزرگترند ، باشد .
• میلگرد های هر ردیف باید به صورت قائم در یک خط باشند.
• محدودیت های مربوط به بیشترین فاصله بین میلگرد ها به منظور  کنترل عرض ترک ها می باشد .
• وقتی میلگرد ها در کنارهم قرار دارند (overlap) طول مشترک دو میلگرد نباید کمتر از بیشترین طول های داده شده زیر است :

الف ) برای میلگرد های آجر دار در کشش ، کوچکترین طول مقدار ۱/۲۵ Lab

ب)+۱۵۰mmØ۲۵ برای میلگرد های کششی و+۱۵۰ mmØ۲۰ برای میلگرد های فشاری که Øقطر میلگرد کوچکتر است .

به جز تکیه گاه کناری ، هر میلگرد باید تا طول معینی بعد از نقطه قطع تئوری آن ادامه یابد این طول نباید از ارتفاع موثر عضو یا ۱۲ برابر قطر میلگرد کمتر باشد .

دستورهای ساده شده برای قطع میلگرد ها :

الف ) تیرهای با تکیه گاه ساده : بیش از ۵۰ % میلگرد های وسط دهانه بایستی حداقل به اندازه ۱۲ برابر قطر میلگرد بهد از مرکز تکیه گاه ادامه یابد ۵۰% باقی مانده باید تا ۰۸۱/۰ از تکیه گاه ادامه یابند .

ب) تیرهای طره ای : حداقل ۵۰% میلگردهای کششی تکیه گاه باید تا انتهای تیر ادامه یابند ۵۰% باقی مانده نیز باید تا فاصله با Ø ۴۵ (هر کدام که بزرگتر است ) ادامه یابند .

ج) تیرهای یکسر با دهانه های مساوی :

۱) حداقل ۲۰% میلگرد های کششی تکیه گاه باید در دهانه ادامه یابند از باقی مانده تا فاصله L 0.25 یا Ø۴۵ هر کدام بزرگتر است ادامه داشته و نصف دیگر تا فاصله ۱۵٫۰L یا Ø۴۵ هر کدام که بزرگتر است ادامه یابند .

۲) حداقل ۳۰% میلگرد های کششی وسط دهانه باید تا تکیه گاه ها ادامه یابند باید تا ۰٫۱۵ L برای تکیه گاه های داخلی و ۰٫۱ L برای تکیه گاه های خارجی ادامه یابند .

۳) در تکیه گاه ساده خارجی جزئیات باید مانند تیرهای ساده باشند .

بررسی موردی بناها :

برج میلاد ، شرکت یادمان سازه ، تهرن : ارتفاع ۴۳۵ متر

از پنج قسمت ( پی ، پایه برج ، راس ، آنتن مخابراتی ) تشکیل شده است .

پی بتنی با رشته های سیم بافته کششی درون غلاف های پرشده از ملات گروت ، پایه بتنی ، بدنه اصلی ۸ ضلعی با بتن مسلح ، ساختمان راس برج سازه فولادی با نمای شیشه اس۹۰ دستگاه آسانسور دکل از جنس فولاد با پوشش گالوانیزه گرم .

برج تایپه ، سی . وای . لی . تایپه : ارتفاع ۵۰۹ متر

فرم اصلی برگرفته از پاگودها سازه فولادی است و از دمپر هایی به منظور مقاوم سازی در برابر زلزله استفاده شده است . مصالح اولیه آن شیشه ، فلز ، بتن ، فونداسیون شمع بندی بتنی قاب بسیار بزرگی برای ۶۲ طبقه اول در نظر گرفته شده که شامل ۸ ستون فولادی است که داخل آن با بتن پر شده است ( ۶۷% قوی تر از عملکرد مصالح دیگر در آسمان خراش های دیگر ) چندین قاب در سرتاسر سازه اصلی به منظور مقاومت در برابر باد و زلزله طراحی شده است .

کره فولادی معلق در بالای برج نقش مستهلک کننده انرژی ناشی از زلزله را دارد .

فصل ششم ، طراحی تیرهای بتن آرمه برای حالت حدی خدمت پذیری

به پدیده ی افزایش تغییر سکل بتن در طول زمان تحت تنش دائمی ، خزش می گویند .

خزش در بتن تازه ریخته شده ، بیشتر از بتنی است که به مقاومت ۲۸ روزه رسیده است خزش را می توان با میلگرد گذاری فشاری به وسیله میلگردهای ممتد فوقانی کاهش داد . آینی نامه های اروپایی تغییر شکل نهایی را که شامل اثرات خزش و جمع شدگی نیز هست به مقادیر زیر محدود می کند .

الف –طول دهانه

– پس از ساختن دیوارها جدا کننده و سایر کارهای تکمیلی ، طول دهانه یا مقدار ۲۰MMهر کدام کوچکتر است.

ملاحظات

جدول ۶-۸: حداقل ارتفاع یاضخامت تیریا دال یک طرفه

بررسی موردی بناها:

برج العرب، اتکینز و همکاران، دوبی:

سازه شامل دو اسکلت بتنی و فلزی، سازه اصلی برج فلزی و پلان آن مثلثی است که در هر راس آن ستونی قرار دارد ستون ها با خرپاهای افقی به هم متصل شده اند و برای تقویت بیشتر ساختمان در برابر بارهای جانبی از خرپاهای فولادی مورب استفاده شده است.در فضای میانی ساختمان قسمت اصلی برج با سازه بتنی ساخته شده است که اسکلت فلزی پیرامون آن قرار گرفته است. نمای بادبان کانند ازدینئون ساخته شده است. بستر بنا ماسه ای است و کل ساختمان بر روی شمع بتنی متکی است.

 برج بین المللی تهران، شرکت آ.اس،تهران : ارتفاع ۱۶۲متر

سازه برج متشکل از دیوارهای بتنی مسلح اصلی و فرعی است و سقفها دال بتنی شالوده برج پی گسترده و شالوده پارکینگ پی های نواری و منفرد است.

نما از GFRC بدلیل مقابله با فشار باد و تابش نور خورشید و سرعت اجرا

فصل هفتم : برش پیوستگی و پیچش

در طراحی ساختمان های بتنی آرمه ضروری است مقاومت نهایی برشی یک عضو بیشتر از مقاومت نهایی خمشی آن باشد. گسیختگی های ناشی از برش که از ترکیب نیرو های برشی و گشتاورهای خمشی ناشی می شود به وسیله ی خیزهای کم و عدم شکل پذیری مشخص می شود.

*مقاومت برشی تیر را می توان به مقدار زیاد با قرار دادن فولاد بندی برشی افزایش داد، رکابی هایا خاموت ها معمول ترین نوع فولاد بندی در جان است.

*تنش پیوستگی تنش برشی است که به موازات میلگرد فولادی بین میلگرد و بتن اطراف آن عمل می کند. تنش پیوستگی به طور مستقیم با تغییر تنش در میلگرد ، رابطه متقابل دارد.

بررسی موردی بناها :

موزه جدید مرسدس بنزاستودیوUN، آلمان :

سه هسته بتنی ، دو رامپ مارپیچ بتنی برای بالا رفتن اتومبیل ها، صفحات بتنی کف ستون های پیرامونی به صورت Vبرعکس مقاومت ساختمان را افزایش می دهد.

مصالح نما پانل های آلومینیومی و شیشه های مورب