4126  

طراحی سازه بتنی

به طور کلی منظور از یک عضو بتن آرمه، عضوی بتنی است که در آن از آرماتورهای فولادی برای تقویت مقطع در برابر نیروهای وارده استفاده شده است. در طراحی سازه بتنی المان های مختلفی طراحی می شوند که به تک تک آن ها می پردازیم.

طراحی سازه بتنی از جمله فعالیت های مهندسین مشاور دکتر سرور و همکاران می باشد که به دلیل تمایل جامعه به خدمات آنلاین به صورت طراحی سازه آنلاین در بستر شاپ دکو انجام می گیرد. بنابراین شما می توانید از طریق اینترنت برای طراحی سازه بتنی خود را به صورت آنلاین و بدون مراجعه حضوری اقدام فرمایید.
 

نگاهی به تیر کنسولی

لنگر خمشی یک تیر کنسول (طره) تحت بار ثقلی، به صورت منفی است و باعث می شود که نواحی بالایی مقطع تحت کشش قرار گیرند، بنابراین باید در بالای این مقطع از آرماتورهای فولادی استفاده شود.

تیر دو سر مفصل

در مقطع یک تیر دو سر ساده که تحت بارهای ثقلی قرار دارد، لنگر خمشی مثبت ایجاد می شود، لنگر خمشی مثبت ایجاد می شود. لنگر خمشی مثبت باعث ایجاد کشش در نواحی پایینی  مقطع شده و باید در این محدوده از آرماتورهای فولادی استفاده شود.

مفهوم آرماتورهای سراسری و تقویتی در تیرهای بتنی

به طور کلی وقتی آرماتور در ناحیه کششی یک مقطع بتنی استفاده می شود، عملا تمام تنش های کششی دا در حالت نهایی تحمل می کند. با توجه به این موضوع منطقی است که هر چه مقدار لنگر خمشی وارد بر مقطع بیشتر شود، نیاز به آرماتورهای بیشتری در ناحیه کششی داشته باشیم. در نواحی با لنگر کمتر، از آرماتور کمتر استفاده می شود. اما مشکل آن است که آرماتورهای فولادی اجزایی لوله ای شکل با سطح مقطع ثابت هستند و نمی توان مساحت یک آرماتور را در طول تیر کم و زیاد کرد و در نتیجه برای کاهش مساحت آرماتورها، تنها راه حل آن است که ا زچندین آرماتور استفاده کرده و تعداد آرماتورها در نواحی با لنگر کمتر کاهش یابد. با توجه به این بحث می توان در کل طول تیر، تعدادی آرماتور را به صورت آرماتور سراسری به کار برد و در نواحی که لنگر خمشی زیاد است، تعداد دیگری آرماتور برای تقویت آرماتورهای سراسری استفاده کردو دقت شود به این آرماتورها، اصطلاحا آرماتورهای تقویتی گفته می شود. طراحی سازه بتنی در حالت نهایی انجام می شود و در این حالت، فرض بر آن است که بتن کششی ترک خورده و مقاومتی ندارد.

آرماتورگذاری اجرایی در تیرهای پیوسته

در تیرهای بتنی پیوسته، در همه مقاطع از آرماتورهای فولادی در بالا و پایین مقطع استفاده می شود، این در حالی است که در وسط یک تیر چندان نیازی به آرماتور در بالای مقطع وجود ندارد. این اختلاف، ناشی از تفاوت دیدگاه های تئوری در روند طراحی سازه بتنی، با ضوابط آیین نامه ای و اجرایی می باشد. آیین نامه های طراحی سازه بتنی نظیر مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، لازم میدانند که برای تامین شکل پذیری سازه، در همه مقاطع تیرهای بتنی از حداقل آرماتورهایی د رپایین و بالای مقطع استفاده شود که با توجه به این نکته می توان گفت که در تیرهای بتنی پیوسته بتنی باید آرماتور گذاری براساس دو مورد زیر انجام گیرد:
1- در تیرهای پیوسته بتنی، تعداد مناسب آرماتور فولادی به صورت سراسری در بالا و پایین مقطع به کار می رود.
2- در محل های خاصی از طول تیر نظیر نزدیک تکیه گاه یا وسط تیر، ممکن است ظرفیت خمشی مقطع به کمک آرماتورهای تقویتی افزایش یابد.

بررسی آرماتورهای برشی در تیرهای بتنی

به طور کلی هنگامی که یک تیر بتنی تحت بارگذاری قرار گرفته و مقدار بار وارد بر آن افزایش داده می شود، ترک هایی در بخش هایی از تیر ایجاد خواهد شد. آزمایش های مختلف بر روی نمونه های بتنی، نشان می دهد که با توجه به ضعف بتن در کشش، اساسا ترک نخوردن یک عضو بتنی اجتناب ناپذیر است و مهندس عمران نیز مشکلی با ایجاد ترک در اعضای بتنی ندارد. هر چند که وجود ترک در بتن بسیار محتمل است، ولی نمی توان به طور کل نسبت به این موضوع بی توجه بود. در طراحی سازه بتنی در یک تیر، افزایش بیش از حد ترک ها غیر قابل قبول بوده و مهندس عمران باید تلاش کند تا این ترک ها را کنترل کند. برای انجام این کار باید با ایجاد مانع بر سر راه ترک ها، جلوی باز شدن بیش از حد آنها گرفته شود. شایان ذکر است که افزایش بیش از حد عرض ترک، راه را برای ورود عوامل مخرب به داخل بتن و خوردگی میلگردها فراهم می کند. در طراحی سازه بتنی کنترل ترک ها در بتن با استفاده از آرماتور به سادگی انجام می شود. مهمترین موضوعی که باید در این بحث رعایت شود آن است که آرماتورها باید بر ترک ها عمود باشند. مهندسین عمران در طراحی سازه بتنی با کاربرد آرماتور در بتن، در واقع در مسیر حرکت ترک ها مانع ایجاد می کنند. هنگامی که به دلیل افزایش بارهای وارده بر عضو، ترک ها می خواهند باز شوند، آرماتوری که عمود بر ترک قرار گرفته است جلوی این باز شدگی را می گیرد. دقت شود که آرماتورهای موازی ترک ها نقش خاصی نداشته و عملا بی فایده هستند. در طراحی سازه بتنی آرماتور گذاری ایده آل عملا اجرایی نبوده و برای آنکه یک طرح مناسب جایگزین کنیم، به دو دسته آرماتور روی می آوریم:
1- آرماتورهای افقی که ترک های قائم تیر را کنترل می کنند. این دسته در واقع همان آرماتورهای خمشی تیر (آرماتورهای طولی) هستند.
2- آرماتورهای مایل یا قائم که ترک های مورب تیر را کنترل می کنند. این دسته از آرماتورها را اصطلاحا آرماتور برشی تیر (آرماتورهای عرضی) می نامیم.
هر چند استفاده از آرماتورهای برشی به صورت مایل در بحث کنترل ترک ها ایده آل می باشد (زیرا عمود بر ترک ها هستند)، ولی از جنبه اجرایی، چندان مطلوب نمی باشند و در پروژه های عمرانی، بیشتر از آرماتورهای برشی قائم استفاده می شود. در طراحی سازه بتنی، در تیرها قبل از تشکیل ترک، همه برش وارد بر تیر توسط بتن تحمل می شود ولی پس از رشد ترک ها، آرماتورهای برشی نیز درگیر انتقال نیرو می شوند. در این وضعیت علاوه بر آرماتورهای برشی، سنگدانه های موجود در سطح ترک با یکدیگر درگیر شده و تا حدی از جابجایی و باز شدن بیشتر ترک ممانعت می کنند. این موضوع باعث تحمل و انتقال قسمتی از برش وارد بر سطح ترک خواهد شد و از سوی دیگر بتن ترک خورده موجود در بالای مقطع و آرماتورهای طولی نیز در این امر کمک خواهند کرد. آیین نامه طراحی سازه بتنی، برای تعیین ظرفیت برشی مقطع پس از ترک خوردگی، روی مجموع ظرفیت برشی بتن ترک نخورده، آرماتورهای طولی و اصطکاک بین سنگدانه ها حساب باز می کند. با توجه به اینکه نیروی برشی در طول یک تیر می تواند تغییر کند، بنابراین منطقی به نظر می رسد در نواحی که مقدار برش تیر بیشتر است، مقدار آرماتور برشی بیشتری در نظر گرفته می شود. افزایش آرماتور برشی در یک تیر، می تواند به دو طریق صورت گیرد:
1- در صورتی که میلگرد استفاده شده به عنوان آرماتور برشی، قطر بزرگتری داشته باشد، باعث می شود که آرماتور های برشی بیشتری در مقطع استفاده شود. با توجه به اینکه آرماتورهای برشی نیاز به تعداد زیادی خم کردن دارند، برای سهولت اجرا ی آنها از آرماتورهای با قطر کم استفاده می شوند. به همین دلیل در کارهای اجرایی معمولا از آرماتورهای با قطر 8 و 10 و نهایتا 12 به عنوان فولاد عرضی استفاده می شود.
2- اگر تعداد خاموتها در یک محدوده از تیر بتن آرمه افزایش یابد، عملا به این مفهوم است که آرماتورهای برشی بیشتری در آن محدوده استفاده شده است. در انتخاب یکی از دو راهکار فوق، لازم است که مهندس طراح دید مناسبی از روال های اجرایی داشته باشد. در این باره باید گفت که غالبا در طراحی سازه بتنی، برای مجری ساده تر است که از تعداد قطرهای کمتری میلگرد استفاده کند و تا حد ممکن در طول یک عضو، خاموت هایی با قطر یکسان را به کار بگیرد. پس بهتر است که در طراحی برشی یک تیر، یک قطر ثابت برای خاموت ها انتخاب کرده و در محدوده های با برش زیاد، تنها تعداد خاموت ها را بیشتر کنیم تا تراکم آنها افزایش یابد.

بررسی آرماتورهای پیچشی در تیرهای بتنی

لنگر پیچشی در بسیاری از تیرهای بتنی وجود نداشته یا به دلیل کم بودن آن، قابل صرف نظر کردن می باشد. با این وجود در برخی تیرها ممکن است مقدار لنگر پیچشی زیاد شده و مشکل ساز است. آزمایشات انجام گرفته بر روی تیرهای بتنی نشان می دهد هنگامی که لنگر پیچشی از مقدار مشخصی بیشتر می شود، ترک هایی در عضو ایجاد خواهد شد. حال سوال آن است که رویکرد مناسب برای مقابله با ترک های پیچشی تیر چیست؟ در پاسخ باید گفت که اگر به  شکل ظاهری ترک های پیچشی دقت کنیم، تشابه قابل توجهی را بین این ترک های برشی خواهیم دید زیرا هر دو به صورت مورب ایجاد می شوند. بنابراین می توان با قرار دادن خاموت در چنین مقطعی، جلوی گسترش ترک های پیچیشی را نیز گرفت.از آنجا که آرایش ترک های پیچشی به صورت حلقه بسته می باشند، لازم است که خاموت های پیچشی نیز به صورت حلقه بسته باشند. مشاهدات نشان می دهد که لنگر پیچشی وارد بر تیر، باعث ایجاد جریانی از تنش های برشی در اضلاع مقطع می شوند. به همین دلیل شکل ظاهری ترک های پیچشی و برشی بسیار مشابه هم بوده و هر دو مورب هستند. در طراحی سازه بتنی، در یک تیر بتنی تحت پیچش، قبل از ایجاد و گسترش ترک های مورب در مقطع، کل پیچش وارد بر تیر توسط بتن تحمل می شود ولی بعد از ترک خوردن مقطع، مقاومت بتن در برابر پیچش ناچیز فرض شده و کل مقاومت پیچشی مقطع باید توسط آرماتورهای پیچشی تامین گردد. این در حالی است که در مقطع تحت برش، پس از ترک خوردن نیز بتن در تحمل برش نقش دارد.

آرماتورهای طولی پیچشی

در طراحی سازه بتنی، با بررسی یک تیر بتنی تحت لنگر پیچشی نشان می دهد که در این حالت، مقطع تمایل به اعوجاج دارد و به همین دلیل مقداری تنش های کششی نیز در مقطع ایجاد می شود. این تنش های کششی به صورت یکنواخت بر مقطع اثر کرده و تمایل دارد مقطع بتنی را در کشش گسیخته کند. با توجه به این موضوع، آیین نامه ها الزام می کنند که برای تیرهای بتنی تحت لنگر پیچشی، مقداری آرماتور طولی نیز در مقطع تعبیه شود که به آنها آرماتورهای طولی پیچشی می گوییم. بر مبنای این بحث می توان گفت که چنانچه یک تی بتنی تحت لنگر پیچشی قرار گیرد:
1- خاموت های که به شکل بسته باید در مقطع قرار گیرند که نقش اصلی را در کنترل ترک های پیچشی دارند.
2- آرماتورهای طولی باید به مقطع اضافه شوند که نقش ثانویه ای را ایفا می کنند. در واقع می توان گفت که اگر آرماتورهای طولی نباشند، خاموت های بسته پیچشی نیز کارایی مطلوب نخواهد داشت.

روابط طراحی تیرهای بتنی

در طراحی سازه بتنی، تیرها باید در برابر تلاش های ایجاد شده در آنها طراحی شوند که شامل لنگر خمشی، نیروی برشی و لنگر پیچشی می باشد. آیین نامه های طراحی سازه بتنی برای هر یک از این موارد، اصولی ارائه می دهند که باید با استفاده از آنها و همچنین کاربرد روابط موجود در مراجع بتن مقطع را طراحی نمود.

درک نیاز طراحی در ستون های بتنی

در طراحی سازه بتنی، برای اینکه یک مهندس محاسب توانایی ایده آلی برای طراحی اعضای سازه ای داشته باشد، در اولین قدم باید درک مناسبی از نیازهای طراحی آن اعضا به دست آورد. منظور از درک نیازهای طراحی، آگاهی از انواع نیروها و لنگرهایی است که ممکن است در عضو مورد نظر ایجاد شود و طراحی عضو باید بر مبنای آنها انجام گیرد.

قاب خمشی تحت بار ثقلی

هنگامی که سیستم سازه ای قاب خمشی تحت اثر بار ثقلی قرار می گیرد، نیروی محوری فشاری مهمترین نیرویی است که در ستون های آن ایجاد می شود. مقدار این نیرو متناسب با سطح بارگیر ستون بوده و قاعدتا هر چه به طبقات پایین تر می رویم، فشار ایجاد شده روی ستون ها افزایش یافته و ستون بار محوری بیشتری را تحمل می کند. از طرفی در این حالت، مقدار اندکی لنگر خمشی و نیروی برشی نیز در ستون ایجاد می شود. به این نکته دقت کنید که در سیستم های قاب خمشی تحت بار ثقلی، معمولا مقدار نیروی محوری ستون های میانی بیشتر از ستون های کناری بوده (به دلیل سطح بارگیر بیشتر) ولی مقدار لنگر خمشی و نیروی برشی در ستون های کناری بیشتر است (به دلیل اینکه تنها از یک طرف به تیر متصل هستند).

قاب خمشی تحت بار جانبی

در طراحی سازه بتنی قاب خمشی که نیروی جانبی به آن وارد می شو، در اکثر موارد مقادیر لنگر خمشی و نیروی برشی ستون ها قابل توجه بوده و می تواند در طراحی ستون نقش تعیین کننده ای داشته باشد. از طرفی به دلیل قابل توجه بودن نیروی محوری برخی از ستون ها در این حالت (به ویژه ستون های پیرامونی سازه)، نباید تاثیر آن را در طراحی ستون فراموش کرد. دقت شود که در این حالت، نیروی محوری ستون های اطراف سازه بسیار بیشتر از ستون های میانی است ولی لنگر خمشی و نیروی برشی به صورت نسبتا یکنواخت تری بین ستون ها توزیع می شود.

قاب خمشی تحت بار جانبی و ثقلی همزمان

در طراحی سازه بتنی اگر همزمان بار ثقلی و بار جانبی در قاب خمشی در نظر گرفته شود، نیروهای داخلی هر عضو نیز ناشی از تجمیع این دو حالت است. به همین دلیل مقدار لنگر خمشی و نیروی برشی اغلب ستون ها زیاد بوده و مقدار نیروی محوری هم نسبت به حالت بار ثقلی تنها یا بار جانبی تنها، در برخی ستون ها بیشتر و در برخی ستون ها کمتر می شود. دقت شود که برخی از ستون ها تحت بار جانبی در کشش قرار می گیرند و این کشش، تاثیر فشار ایجاد شده در حالت ثقلی را کم می کند.

آرماتورهای فولادی مورد نیاز در ستون های بتن آرمه

به طور کلی آرماتورگذاری مورد نیاز برای یک ستون بتنی که در شکل مقابل هم مشاهده می کنید، به دو صورت انجام می پذیرد:
1- آرماتورگذاری طولی  2- آرماتورگذاری عرضی
آرماتور گذاری طولی معمولا به طور متقارن در دور تا دور مقطع قرار می گیرد و آرماتورگذاری عرضی به دو صورت تنگ بسته و دورپیج (اسپیرال) انجام می شود.

آرماتورگذاری طولی در ستون ها

در بالا دیدیم که آرماتورهای طولی در تیرها، به دلیل اثر لنگر خمشی و یا لنگر پیچشی در تیر قرار می گیرند. اگر بخواهیم به طور مشابه در مورد ستون ها نیز بحث کنیم، به دلیل وجود لنگر خشمی، نیازمند آرماتورهای طولی هستیم (دقت شود که در اغلب موارد، لنگر پیچشی ستون ها ناچیز است). از طرفی نیروی محوری ستون ها می تواند عاملی دیگر برای لزوم استفاده از آرماتورهای طولی باشد. به بیان دقیق تر می توان این موضوع را در دو حالت زیر توضیح داد:

1- هنگامی که ستون تحت نیروی محوری فشاری بدون خروج از مرکزیت قرار دارد

در طراحی سازه بتنی ستونی که تحت نیروی محوری فشاری بدون خروج از مرکزیت نسبت به مرکز پلاستیک آن قرار گیرد، عملا تحت نیروی محوری فشاری خالص است. در این حالت تمام فولادهای موجود در ستون، تحت فشار قرار می گیرند و آرماتورها باعث افزایش ظرفیت باربری ستون می شوند. یک میلی متر مربع از بتن های معمول، می تواند چیزی در حدود 20Mpa تا 30Mpa تنش فشاری را تحمل کند ولی همین مساحت از آرماتورهای فولادی معمول، در حدود 300Mpa تا 400Mpa تنش فشاری تحمل می کند. در نتیجه اگر به جای بخش کوچکی از بتن مقطع ستون (مثلا2% بتن) از فولاد استفاده شود، ظرفیت فشاری مقطع افزایش چشمگیری پیدا می کند.

2- هنگامی که ستون تحت نیروی محوری و لنگر خمشی قرار گیرد

در این حالت فولادهای طولی واقع در ناحیه فشاری با تحمل فشار، ظرفیت ناحیه فشاری مقطع را افزایش داده و فولادهای طولی واقع در ناحیه کششی بعد از ترک خوردن بتن در این ناحیه، نیروی کششی را تحمل کرده و باعث افزایش مقاومت مقطع در برابر خمش می شوند. توجه شود که علاوه بر این موارد، فولادهای فشاری در ستون نیز مانند تیر، شکل پذیری ستون را افزایش می دهند و همچنین تاثیر پدیده هایی مانند افت و خزش در ستون را کاهش می دهند. اگر مقدار لنگر خمشی ستون نسبت به نیروی محوری ستون کم باشد، ممکن است ناحیه کششی در مقطع ستون ایجاد نشده و کل مقطع تحت فشار ثابت باشد.

آرماتورگذاری عرضی در ستون ها

در طراحی سازه بتنی، با توجه به فلسفه حضور آرماتورهای طولی ستون، با اضافه کردن آنها در ناحیه فشاری و کششی ستون، باربری مقطع افزایش می یابد؛ اما این موضوع با شرط جلوگیری از کمانش آرماتورهای طولی تحت فشار صحیح است. در واقع آرماتورهای عرضی با ایجاد تکیه گاه جانبی کافی، مانع از کمانش آرماتورهای طولی، در هنگام تحمل نیروی فشاری می شوند. این موضوع مهمترین نقشی است که در یک ستون، آرماتورهای عرضی برعهده دارند. مجددا یادآوری می شود که آرماتورهای عرضی به دو صورت تنگ بسته و دورپیچ در یک ستون مورد استفاده قرار می گیرند و در مورد آنها می توان به نکات زیر توجه کرد:
1- در هنگام اعمال بار زلزله و در اثر حرکت های رفت و برگشتی، پوشش بتنی روی میلگردها عملا از بین رفته (به ویژه در محل های با لنگرهای زیاد یعنی دو انتها ی ستون ها) و میلگرد های طولی راحت تر می توانند کمانش کنند. از این رو آیین نامه ها برای جلوگیری از کمانش میلگرد طولی، بر روی کاور بتنی حسابی باز نکرده و این نقش را به آرماتورهای عرضی می سپارند.
2- آرماتورهای عرضی در ستون ها نیز مانند فولادهای عرضی در تیرها، مقاومت مقطع در تیرها، مقاومت مقطع در برابر برش را بالا می برند؛ اگر چه در ستون ها معمولا مقاومت بتن مقطع برای تحمل برش کافی بوده و ظرفیت آرماتورهای عرضی در طراحی لحاظ نمی شود.
3- در هنگام بتن ریزی، آرماتورهای عرضی با نگه داشتن فولادهای طولی در کنار هم، از چسبیدن آنها به قالب جلوگیری می کنند و همچنین مانع از ارتعاش آنها در هنگام بتن ریزی می شوند.
4- آرماتورای عرضی مانع از ایجاد تغییر شکل های جانبی و کرنش های عرضی در ستون شده و شکل پذیری ستون را بهبود می دهند.
5- تحقیقات نشان می دهد که نحوه گسیختگی در یک ستون با دورپیج، شکل پذیرتر از ستون با تنگ بسته است. این موضوع یعنی ستون های با دورپیچ، تا لحظه خرابی جذب انرژی بیشتری انجام می دهند و با توجه به شکل پذیری مطلوب تر در ستون های با دورپیچ این ستون ها عملکرد بهتری در برابر براهای لرزه ای از خود نشان می دهند.

شکل پذیری سازه بتنی

در طراحی سازه بتنی، شکل پذیری یکی از پارامتر های مهم می باشد. رفتار شکل پذیر سازه، در کاهش نیروهای طراحی ناشی از زلزله به واسطه جذب و اتلاف انرژی آن، تاثیر قابل توجهی دارد. دقت شود که این موضوع با کمک ضریب رفتار Ru در ویرایش چهارم استاندارد 2800 لحاظ شده است. سازه شکل پذیر قبل از انهدام، تغییر شکل های زیاد و محسوسی خواهد داشت که باعث می شود ساکنین آن، قبل از فروریختن کامل سازه با علائم هشدار دهنده ای روبرو شوند و احتمال خسارات جانی کاهش یابد. سازه شکل پذیر می تواند خود را با نیروهای غیرمنتظره ناشی از زلزله و همچنین نیروهایی نظیر ضربه، انفجار و ... بهتر مطابقت دهد. دقت شود که بسیاری از این عوامل غیرمنتظره، در بارگذاری و طراحی های متداول سازه ها نادیده گرفته می شود. در سازه شکل پذیر، بار نهایی سازه هنگامی حاصل می شود که به تعداد کافی مفاصل پلاستیک در سازه تشکیل شود. این موضوع در نهایت سبب می شود که در هنگام زلزله، به طور کامل از ظرفیت بسیاری از اعضای سازه در مقابل نیروی زلزله استفاده کینم. اما نکته مهمی که باید بدانید آن است که اگرچه تامین شکل پذیری سازه هایی که در معرض نیروهای زلزله قرار دارند الزامی است، ولی شکل پذیری بیش از اندازه نیز می تواند باعث بروز اشکالاتی در عملکرد لرزه ای سازه شود. بنابراین هنگام طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله، باید یک محدوده خاص از شکل پذیری مدنظر طراح قرار بگیرد که البته این موضوع در صورت در نظر گرفتن ضوابط آیین نامه، به طور خودکار در طراحی لحاظ می گردد.

نگاه کلی به عوامل موثر بر شکل پذیری در یک سازه بتنی

به طور کلی یک سازه بتنی از قطعاتی مانند تیر و ستون تشکیل شده است و این قطعات خود از دو ماده بتن و فولاد ساخته می شود. با نگاهی ساده می توان فهمید برای اینکه یک سازه بتواند تغییر شکل های بزرگ را تحمل کند و در اصطلاح شکل پذیر باشد، لازم است اجزای آن نیز دارای چنین خصوصیتی باشند. با توجه به این موضوع واضح، در بحث عوامل موثر بر شکل پذیری، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- میلگرد های فولادی که در طراحی سازه بتنی کاربرد دارند، معمولا دارای شکل پذیری زیادی هستند و از بابت این موضوع، مشکلی برای سازه ایجاد نمی کنند.
2- بتن برخلاف فولاد دارای رفتار ترد و شکننده است. این ماده از یک سو در کشش مقاومت ناچیزی را از خود نشان می دهد و از سوی دیگر در فشار نیز به مانند فولاد، تاب تحمل کرنش های بالا را ندارد.
برای آنکه بتن تحت فشار بتواند تغییر شکل های زیادتری را بپذیرد، باید به طریقی جلوی کرنش جانبی آن را در هنگام بارگذاری گرفت و در اصطلاح آن را محصور کرد. محصور کردن بتن از یک سو مقاومت فشاری بتن را افزایش می دهد و از سوی دیگر توانایی آن را در تحمل کرنش های بالاتر زیاد می کند، یعنی رفتار را شکل پذیرتر می کند. استفاده از خاموت ها یا دورپیچ نزدیک به هم در مقطع، رایج ترین روش برای ایجاد محصور شدگی بتن است؛ به طوری که هر چه میزان آرماتور عرضی استفاده شده در مقطع بیشتر باشد، افزایش مقاومت بتن محصور شده بیشتر است.
3- پارامترهایی مانند میزان آرماتورهای کششی وو فشاری، شکل مقطع و ابعاد مقطع نیز بر شکل پذیری عضو و شکل پذیری کل سازه تاثیر زیادی می گذارند و طبیعتا آیین نامه ها در بحث شکل پذیری باید ضوابطی را برای آنها مشخص کنند.
4- در بحث شکل پذیری سازه های بتن آرمه، باید با دو تعریف زیر آشنا باشید:

مفصل پلاستیک

چنانچه در مقطعی از یک تیر یا ستون، مقدار لنگر خمشی به حدی ریاد شود که در آن میلگردهای کششی جاری شوند ولی هنوز بتن به حد نهایی خود نرسیده باشد، می گوییم مفصل پلاستیک در مقطع تشکیل شده است. به قسمتی از عضو که در آن ضمن تشکیل شدن مفصل پلاستیک، دوران پلاستیک هم صورت گیرد، ناحیه پلاستیک گفته می شود. دقت کنید که مفاصل پلاستیک عمدتا در نزدیکی محل اتصال تیر به ستون که مقدار لنگر خمشی زیاد است رخ می دهد.

ناحیه بحرانی

ناحیه ای از طول عضو بتنی است که در آن، احتمال ایجاد مفاصل پلاستیک تحت اثر بار زلزله وجود داشته باشد. برای شکل پذیر شدن قاب ها و جلوگیری از گسیختگی ترد، در ناحیه بحرانی تیر و ستون آرماتورگذاری عرضی خاصی پیش بینی می شود. تحقیقات نشان می دهد که محل تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها، بر روی رفتار شکل پذیر سازه تاثیرگذار است. همچنین میزان برش ایجاد شده در عضو، بر روی شکل پذیری نواحی تشکیل مفصل پلاستیک موثر است و مقدار آن نباید از مقدار مشخصی تجاوز کند.
5- محل برخورد تیر به ستون در سازه ها، ناحیه اتصال (یا چشمه اتصال) نامیده می شود. با توجه به اینکه در زلزله های شدید اتصالات سازه ها تحت نیروهای زیادی قرار می گیرند، لازم است تا آرماتور گذاری عرضی درون ناحیه اتصال به نحو مناسبی انجام شود و این موضوع بر روی شکل پذیری سازه تاثیر مستقیم می گذارد. توجه کنید که در هنگام زلزله به دلیل ایجاد مفصل پلاستیک در تیرها، نیروی زیادی در آرماتورهای طولی تیر ایجاد می شود که باعث اعمال نیروی برشی زیادی به ناحیه اتصال تیر به ستون می شود. به همین دلیل اگر مقاومت ناحیه اتصال کم باشد، ناحیه اتصال ظرفیت خود را برای تحمل بارهای وارده از دست می دهد و آسیب می بیند. واضح است که این آسیب دیدگی، تاثیر سوئی بر عملکرد کلی سازه در برابر زلزله خواهد داشت.
به طور کلی آیین نامه ها تلاش می کنند تا با رعایت ضوابطی در بحث شک پذیری، چهار موضوع زیر تا حد امکان برآورده شود:
1- افزایش شکل پذیری قطعات سازه
2- متناسب بودن ظرفیت باربری واقعی قطعه با نیروی زلزله وارد بر آن
3- تناسب ظرفیت باربری قطعات با یکدیگر
4- به کارگیری جزییات بهتر برای جلوگیری از هرگونه پیچیدگی رفتاری در هنگام ایجاد زلزله



 



دانش فنی مشابه


سازه سبک سازه سبک

طراحی سازه سبک به دلیل افزایش چشمگیر قمیت مصالح ساختمانی بیشتر از گذشته مورد توجه کارفرمایان قرار گرفته است. سازه های سبک را می توان در حوزه سازه های ساختمانی و غیرساختمانی بررسی کرد. مهندسین مشاور دکتر سرور و همکاران بررسی بر روی سازه های سبک غیر ساختمانی انجام دادند که...

  38  
کف سازی مانژ سوارکاری کف سازی مانژ سوارکاری

شرکت معماری سرور استودیو    با سلام و احترام بدینوسیله پس از بررسی های کارشناسی و تخصصی در مورد ساخت کفپوش مانژ سوار کاری متد های پیشنهادی این شرکت در سه مدل اجرایی حضورتان ارائه میگردد، همچنین می توانید برای اطلاع از مدرن ترین کف سازی مانژسوارکاری به مقاله کف سازی مانژ سوارکاری...

  2102  
روند طراحی ساختمان بلند روند طراحی ساختمان بلند

ساختمانهای بلند معمولا برای استفاده های مسکونی، تجاری و یا گاهی ترکیبی از آنها طراحی می شوند. بنابراین تأمین فضاهای مناسب داخلی از مهمترین اهداف طراحی است. طراحی سازه ساختمان های بلند نیاز به تخصص و تجربه بسیار بالا دارد. همزمان با فضاسازی داخلی، معمار ملزم به برآوردن خواستهای کارفرما و...

  1105  
الزامات لرزه ای سازه های فولادی الزامات لرزه ای سازه های فولادی

در سال های اخیر در طراحی سازه توجه ویژه ای به طراحی لرزه ای سازه ها شده است و دلیل این امر آسیب بالای بسیار از سازه ها در سال های گذشته می باشد. طراحی لرزه ای فقط محدود به سازه های فولادی نمی باشد اما در این قسمت فقط به...

  1050  
طراحی ساختمان بلند طراحی ساختمان بلند

طراحی سازه ساختمان های بلند از گذشته جز مسائل مهم و پیچیده طراحی سازه بشمار می رفتند. از ابتدای تمدن بشری، برجها و ساختمانهای بلند مورد توجه بوده اند. ساخت ساختمانهای بلند ابتدا باهدف دفاع شروع شده و سپس جنبه های نمادین و کاربردی پیدا کرد. رشد و توسعه ساختمانهای بلند...

  1260  
اجرای سازه کابلی اجرای سازه کابلی

جهت اجرای سازه کابلی در قدم اول می بایست، با دقت بالا و ترجیحا با استفاده از دوربین نقشه برداری بستر اولیه سازه پشتیبان را ساخت تا هنگام کابل کشی با مشکلات کمتری روبرو شویم. در این مقاله به بخشی از تجارب مفید که این مهندسین مشاور از طراحی و نظارت...

  1264  
محاسبات سازه کابلی سردر ورودی محاسبات سازه کابلی سردر ورودی

1-1- مشخصات كلي طراحی سازه کابلی سردر سر در کابلی با ابعاد 16.5 در 3 متر ارتفاع قرار گیری سر در از زمین 5 متر می باشد. خیابان در این پروژه در اصل تراز 0-0 می باشد. ارتفاع ستون های مورب از سطح زمین 8.5 متر می باشد. 1-1- مشخصات مصالح مصرفي ميلگرد مورد استفاده در فونداسيون...

  1272  
الزامات ژئوتکنیکی الزامات ژئوتکنیکی

مهندسین عمران همواره بر این موضوع اتفاق نظر داشته اند که ویژگی های خاک زیر یک سازه می تواند روی رفتار آن در برابر بارهای وارده به ویژه بارهای جانبی زلزله تاثیرگذار باشد. با این حال اهمیت نقش خاک در رفتار سازه ها تا اوایل دهه 1960 میلادی چندان مورد توجه...

  1165  
طراحی پل معلق مشکین شهر طراحی پل معلق مشکین شهر

بررسی آزاد (مطالعات میدانی) در منابع مختلف یاد شده است که طراحی سازه و اجرای این پل توسط مهندسین ایرانی انجام گرفته است. در ویکی پدیا ارتفاع پل از روی سطح رودخانه 80 متر، عرض پل 2 متر و طول آن 365 متر ذکر شده است. فاصله کمربندهای آهنی زیر عرشه اصلی...

  2208  
طراحی دیوار تری دی پنل طراحی دیوار تری دی پنل

رفتار لرزه ای و ضوابط ویژه در برابر زلزله   بارگذاری لزره ای بارگذاري لرزه ای در سامانه های پانلی مطابق مبحث ششم مقررات ملی سـاختمان بـا عنـوان " بارهـای وارد بـر سـاختمان" انجـام مي شود. پارامترهای طراحی لزره ای ضریب رفتار ضريب رفتار سامانه های پانلی كامل برابر چهار و نيم فرض مي گردد.   زمان تناوب  زمان...

  2739  

نظرات کاربران ، پرسش و پاسخ