طراحی سازه های بتنی

بتن یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که از ترکیب سیمان، آب، شن و ماسه تشکیل می‌شود. بتن ساختمانی دارای خواص مکانیکی و فیزیکی مناسبی است که باعث می‌شود در انواع سازه‌های مدرن و پیچیده به کار رود. بتن ساختمانی قابلیت ریخته شدن در قالب‌های مختلف را دارد و پس از گیرایش، مقاومت بالایی در برابر فشار ایجاد می‌کند. بتن همچنین دارای عایق‌بندی حرارتی و صوتی خوبی است و مقاوم در برابر آب، حرارت، سرما و خوردگی است. بتن با افزودن الیاف، افزودنی‌ها و پوشش‌های مخصوص می‌تواند خواص خود را بهبود بخشد و مناسب‌تر برای شرایط خاص سازه‌ای شود. سازه‌های بتنی ازجمله مهم‌ترین و پرکاربردترین سازه‌های مهندسی عمران هستند که در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی، راه‌سازی، آب سازی و زیرساختی به کار می‌روند. بتن به‌عنوان یک ماده ساختمانی دارای خصوصیات منحصربه‌فردی است که آن را برای انواع پروژه‌های ساختمانی مناسب می‌کند. در این بخش به برخی از مزایای ساختمان‌های بتنی اشاره می‌کنیم.

• مقاومت بالا: بتن یک ماده بسیار مقاوم در برابر فشار، خمش، کشش، ضربه، حرارت و سرما است. مقاومت بتن باگذشت زمان بیشتر می‌شود و نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارد. بتن همچنین در برابر آتش‌سوزی و زلزله عملکرد خوبی از خود نشان می‌دهد و می‌تواند از افراد و دارایی‌های داخل ساختمان محافظت کند.

• قابلیت شکل‌دهی: بتن یک ماده قابل شکل دادن است که می‌توان آن را به هر شکل و ابعاد موردنظر ریخت. این خصوصیت باعث می‌شود که بتن برای طراحی‌های خلاقانه و منحصربه‌فرد مناسب باشد. بتن را می‌توان با استفاده از قالب‌های مختلف، رنگ‌ها، الگوها و بافت ها زیبا و جذاب کرد.

• پایداری بتن: بتن یک ماده پایدار و دوستدار محیط‌زیست است. بتن را می‌توان از بازیافت مصالح ساختمانی تولید کرد و چرخه حیات آن را افزایش داد. بتن همچنین باعث کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها می‌شود، زیرا دارای خواص عایق حرارتی و صوتی است. بتن نسبت به سایر مصالح ساختمانی، منابع کمتر و آلودگی کمتری را در فرآیند تولید خود نیاز دارد.
• قابلیت دسترسی آسان: ماده اصلی مخلوط بتن سیمان است که از آسیاب کردن و پختن مخلوطی از سنگ‌آهک، خاک رس، شن و ماسه و سایر افزودنی‌ها به دست می‌آید. این مصالح تقریباً در هرجایی از زمین یافت می‌شوند.

همان‌گونه که ذکر شد این سازه‌ها دارای مزایای بسیاری هستند بااین‌حال، طراحی سازه بتنی نیز با چالش‌های خاص خود روبرو است که باید توسط مهندسان عمران به‌خوبی شناسایی و رفع شوند. برخی از این چالش‌ها عبارت‌اند از:

• تغییر شکل سازه بتنی تحت بارگذاری: بتن یک ماده هتروژن است که دارای خصوصیات مکانیکی متفاوت در جهات مختلف است. به‌علاوه، بتن باگذشت زمان و تحت تأثیر رطوبت، دما، خوردگی و سایر عوامل محیطی تغییر شکل می‌دهد. این تغییر شکل ممکن است منجر به تغییرات در توزیع نیرو، تنش و کرنش در سازه شود و درنتیجه تأثیر منفی بر رفتار سازه داشته باشد. بنابراین، طراحان سازه باید این پدیده را در نظر گرفته و با استفاده از روش‌های محاسباتی مناسب، تغییر شکل سازه را پیش‌بینی و کنترل کنند.
• نقش فولاد آرماتور در سازه بتنی: فولاد آرماتور یک جزء اساسی در سازه بتنی است که نقش حائز اهمیتی در افزایش مقاومت، استحکام و دوام سازه دارد. فولاد آرماتور باعث مقابله با نقص‌های خود بتن شده و باعث بهبود خصوصیات کششی، خمشی و برشی سازه می‌شود. همچنین، فولاد آرماتور باعث جذب انرژی لرزه‌ای و کاهش پاسخ دینامیک سازه در برابر زلزله می‌شود. اما فولاد در کنار مزایایی که به سازه بتن مسلح اضافه می‌نماید در صورت در نظر نگرفتن کنترل‌های لازم در زمان طراحی می‌تواند به نقطه‌ضعف آن بدل شده و آسیب‌دیدگی را تشدید کند.
• تأثیر شرایط محیطی بر خصوصیات بتن و سازه، مانند دما، رطوبت، تغییرات حجمی، خوردگی، نفوذپذیری و …. در صورت در نظر نگرفتن تأثیر این عوامل در مرحله طراحی، نتیجه نهایی قابل‌قبول نخواهد بود.
• تأثیر نوع و کیفیت مصالح بتن و فولاد بر رفتار سازه، مانند نسبت آب به سیمان، قدرت خمشی و کششی، مقاومت فشاری، الاستیسیته و ….
• تأثیر نوع و شکل سازه بر عملکرد آن، مانند تیر، ستون، دال، قاب، دیوار برشی، لوله، استوانه و ….
• تأثیر نوع و شدت بارگذاری بر تحلیل و طراحی سازه، مانند بار ثابت، متغیر، حادثاتی، زلزله‌ای، باد و ….
• تأثیر استانداردها و مقررات بر معیارهای طراحی سازه، مانند حدود اطمینان، ضرایب اطمینان، روش‌های طراحی الاستیک یا پلاستیک و ….

با توجه به موارد مذکور واضح است که به‌منظور پاسخگویی به این چالش‌ها، طراح سازه باید دارای دانش و تجربه کافی باشد و از روش‌های مناسب تحلیل و طراحی استفاده کند. همچنین باید با استفاده از نرم‌افزارهای کامپیوتری قادر باشد به مدل‌سازی دقیق و شبیه‌سازی صحیح سازه بپردازد و درنهایت باید گزارش طراحی را به‌صورت کامل و قابل‌فهم تهیه کند. استانداردهای بکار رفته درروند طراحی شامل مباحث 22 گانه مقررات ملی ساختمان به‌ویژه مباحث 6، 7، 8، 9، 11 و 12 همچنین استانداردهای بین‌المللی شامل:

• ASCE 07(Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures),
• ASCE 41 (A New Seismic Rehabilitation Standard),
• ACI 318 (Building Code Requirements for Structural Concrete),
• ACI 355 3R (Guide for Design of Anchorage to Concrete),
• ACI 355 4M (Qualification of Post-Installed Adhesive Anchors in Concrete),
• ACI 440 2R (Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures)
• ACI 546 R (Concrete Repair Guide)
• BS EN 1990, EC0 (Basis of structural design)
• EN 1991-1-1, EC2 (Design of concrete structures)
• EN 1997-1, EC7 (Geotechnical Design)
• EN 1998-1, EC8 (Design of structures for earthquake resistance)

متخصصین شرکت برنا بهینه تدبیر با تکیه‌بر تجارب گذشته به شما اطمینان می‌دهند که طرح سازه‌ای ارائه‌شده در این حوزه با در نظر گرفتن تمامی موارد فوق و حتی بیشتر  و مطابق با انواع استاندارد ملی و بین‌المللی باشد.