دانلود مقاله سازه های ساختمانی

بخشی از مقاله

مقدمه:
امروزه کاربرد مصالح ساختمانی در امر ساختمان که دارای کیفیت بالا و مقاومت مناسب باشد در امر ساختمان سازی امری بسیار مهم و اجتناب ناپذیر است ضرورت ایجاد ساختمانی مقا.وم در برابر زلزله و سبک سازی آن بسیار مورد توجه مهندسین به خصوص طراحان در تمام دنیا می باشد
به توجه به اینکه ما در کشوری زلزله خیز زندگی می کنیم باید روش زیستن با زلزله را بیاموزیم که این نیازمند برنامه ریزی و پیش بینی صحیح و اصولی برای پیش گیری از خسارت و تلفات شهر سازی مربوط می شود، چرا که 99% تلفات زلزله به جهت ویران شدن ساختمانها و تاسیسات زیست محیطی است و هنوز فرهنگ ساخت ساز مناسب و فرهنگ مقاوم سازی در کشور ما پیدا نکرده است

سبک سازی ساختمان با توجه به مصالح جدید و مقاومت در برابر زلزله امری بسیار مهم است از طرفی باید نسبت به حریق ساختمان نیز فکری کرد که این نیازمند قانون قوی و پیگیری شدید و نظارت دقیق می باشد .
سبک سازی ساختمان با استفاده از سقف سبک
امروزه توجه به زلزله آن هم در مناطق زلزله خیز جهان و اثر آن در ساختمانها امری مهم است
در مناطق زلزله خیز کاهش وزن و سبک بودن ساختمان اهمیت ویژه ای دارد.
امروزه با در نظر گرفتن روشهای گوناگون طراحی و به کمک کامپیوتر می توان طرحهای سازه ای مناسب را ارائه نمود.

سیستم سقفی ساختمانهای سبک که در داخل کشورمان ایران طراحی گردیده است به این تحوه است که: در این سیستم به جای تیرچه های بتنی از تیرهای فولادی با جای خالی و به عبارتی دیگر تیرچه خرپایی و عدم بتن ریزی در تیرچه استفاده می شود. و به جای بلوکهای سفالی یا بتی از بلوکهای گچی به همراه بلوکهای پلی استایرن در طولی برابر تیرهای فولادی مصرف می شود. روی بلوکهای پلی استایرن خمش فولادی و بتن به ضخامت 5 سانتی متر اندود می شود. این سقف موجب کاهش جرم سقف نسبت به سقف معمولی تیرچه و بلوک تا حدود 50% گردیده است و با توجه به اهمیت کاهش جرم و وزن ساختمانها این سیستم در کم کردن جرم و افزایش سرعت اجرا و صرفه جویی کلان در وزن آهن آلات و احجام بتن سیستم خوبی جهت به کارگیری در انواع سازه ها می باشد.

از جمله امتیازات دیگر سقف مواردی همچون: عایق صدا و حرارت، سرعت و سهولت در نصب، حمل و نقل راحت اجرای راحت لوله کشی در ضخامت سقف و مقاومت خوبی در برابر بارهای جانبی از جمله زلزله است

بلوکهای یونولیتی (پلی استایرن)
بلوکهای یونولیتی که برای ساختمان سازی بلند به دلیل سبکی و کم هزینه بودن مورد استفاده انبوه سازان قرار گرفته است این بلوکها در دو نوع قابل اشتعال و غیر قابل اشتعال در بازار موجود است . وزن هر قطعه بلوک سیمانی که در ساختمان سازی به کار می رود 15 کیلو گرم است در حالیکه وزن بلوکهای یونولیتی بسیار ناچیز است و تا اندازه بسیار زیادی موجب پایین آوردن وزن ساختمان می شود

با و جود پوشش نسوزی که زیر و روی این بلوک را محصور کرده است در صورتیکه آتش سوزی در ساختمان ایجاد گردد این بلوک تنها تا 20 دقیقه تاب مقاومت در برابر حرارت را دارد ایمنی اماکن مسکونی در برابر حریق و حادثه از جمله مواردی است که باید از نظر ایمنی شهری مورد توجه قرار گیرد در ایمنی یک ساختمان موارد زیادی نقش دارد که می توان به مصالح به کار رفته در آن به عنوان یکی از مهمترین موارد اشاره کرد.

سازمان آتش نشانی و خدمات ایمنی در این باره می گوید: بسیاری از مهندسن معمار بلوکهای یونالیتی را به خاطر مقاوم بودن در برابر زلزله عایق بندی و افت صدا در ساختمان سازی به کار می‌برند و این یونولیتها به دلیل کم هجمی و هزینه کم در قسمتهای مختلف ساختمان و به خصوص در کف سقفها به کار برده می شود ولی مواد شیمیایی به کار رفته در این بلوکها غیر استاندارد و بسیار زیان آور است.

بلوکهای پلی استایرن به دلیل سبک وزنی خود وزن نهایی ساختمان را کم می کند به همین دلیل در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند بلوکهای مذکور نقش باروری ندارند و به همین دلیل در برابر زلزله ایمن هستند. اما این بلوکها، در برابر آتش به راحتی حجم خود را از دست می دهند. و تنها اشکال این بلوکها کمی مقاومت در برابر حرارت و شعله وری آنهاست در صورتی که از جنس مرغوب این بلوکها در ساختمان سازی استفاده می شود . در برابر آتش مقاومتر خواهد بو.د.

در زمینه ممنوعیت یا مجاز بودن این بلوکها یکی از اعضای هیات علمی «مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن» در خصوص کاربرد آن گفته است هنوز ما تجربه لازم و. کافی در خصوص کاربرد این یونولیتی نداریم و چون به نتیجه قطعی در این زمینه نرسیده ایم نمی توانیم ادعا کنیم کاربرد این مصالح در تمامی ساختمانها ممنوع و یا مجاز است و در حال حاضر استانداردها، ضوابط، تجهزات و آزمایشگاهای مربوط به استاندارد کردن این بلوکها فراهم شده است.

در خصوص کاربرد بلوکهای یونولیتی در ساختمان با انگیزه کاهش و افت صدا می توان گفت که این بلوکها تاثیر در کاهش صدا ندارند. اگر چه در ساختن آنها یونولیت به کار رفته است ولی تنها به دلیل به کار بردن این مواد نمی توان گفت عایق صوت است و با توجه به آزمایشهای انجام شده شاهدیم که صدا را به خوبی از خود عبور می دهند. برای کاهش صوت نیازمند چگالی هستیم و بلوک سیمانی از چگالی بالایی برخوردار است. یونولیت جازب صوت بهتری نسبت به بتن است و عایق صوتی برتری محسوب نمی شود و به همین دلیل یونولیت یه تنهایی تاثیری در افت صوت ندارد. به گفته کارشناسان تنها در صورتی که بین دیواره ها دو. جداره یونولیت به کار رود افت صوت افزایش می یابد. همچنین عایقهای حرارتی هم به تنهایی عایق صوت نیستند و در صورتی که داخل سیستم قرار بگیرند می توانند موجب کاهش صوت شوند

آشنایی با بلوک (MBS)
سیستم بلوک (MBS) که توسط مهندس متین خبره فوق لیسانس معماری مقیم کشور سوئد بعد از هفت سال تحقیق در دانشگاه چالمرز سوئد بلوکهای ساختمانی جدیدی را اختراع کرد که دارای ارزش اقتصادی و اجتماعی بسیار بوده و تحولی در امر ساختمان سازی ایجاد نموده است
بلوک ابداعی دارای امتیازات ویژه ای نسبت به بلوکهای سیمانی رایج می باشد .
عدم نیاز به ملات در ساختمان سازی، سرعت در تولید، کاهش وزن ساختمان و قابلیت استفاده مجدد بعد از خراب کردن ساختمان از جمله مزایای (MBS) می باشد

این بلوکها در انواع کارهای ساختمانی مانند خانه سازی، دیوارکشی باغها و خانه ها، دیوارهای صدا گیر و ساخت کانالهای فاضلاب کاربرد دارد.
بلوک مورد نظر بر اساس اصل بلوک چهارگوش از بتن « ماسه، سیمان، شن، آب» به همراه مواد افزودنی ساخته می شود اصل کار بر اساس قلاب شدن بلوکها در یکدیگر و تشکیل دیواره هاست زواید فوقانی و تحتانی همگی دارای اتصلات خاصی بوده که در هم قرار گرفته و سبب می شو.د که نیاز به استفاده از عامل اتصال یعنی ملات را بی اهمیت سازد این بلوکها در هر شکل مختلف طراحی شده که همگی مکمل یکدیگرند.

بررسی عملکرد بلوک و مقاومت زیاد آن در مقابل بار ثقلی:

از ویژگی های (MBS) مقاومت قابل ملاحضه این سیستم در مقابل بار ثقلی می باشد
نحوه ساخن بلوکها بدین صورت است که آب و سیمان و ماسه و شن به همراه مواد افزودنی وارد دستگاه مخصوص پرس شده و تحت پرس بسیار زیاد در 8 مدل ساخته می شوند
در ساخت این قطعات نکات زیر قابل توجه می باشد

استفاده از پرس قوی و نسبت آب به سیمان مناسب باعث افزایش مقاومت این بلوکها می شود .
مواد افزدنی: استفاده از مواد افزودنی که شامل مواد پلیمری و الیاف .ویژه می باشند اولا سبب کاهش وزن بلوک شده (به دلیل سبک بودن الیاف و مواد پلیمری) و ثانیه مقاومت آن را در مقابل بارهای ثقلی و جانبی افزایش می دهند
سطح مقطع گسترده تر نسبت به بلوکهای معمولی و وزن کمتر:

این بلوکها که اغلب در ابعاد 30*23 سانتی متر به صورت سه لایه 10 سانتی متری یکپارچه در دیوارها و سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند دارای نسبت وزنی نسبتا پایین نسبت به دیوارهای بلوکی و آجری مشابه می باشند. برای مثال وزن یک متر مربع دیوار از جنس (MBS)در حدود 330 کیلوگرم است حال آنکه وزن یک متر مربع دیوار آجری 22 سانتی متری حدود 410 کیلو گرم وزن دارد. باتوجه به این نکته که سطح مقطع این بلوکها در حدود 1.4 برابر سطح مقطع دیوار آجری 22 سانتی متری می باشد پس با وزن کمتر و سطح بیشتر بسیار مناسب تر از دیوار آجری در مقابل بار ثقلی خود عمل خواهد کرد.

بررسی مقاومت سازه ای ایجاد شده در برابر بار زلزله:
برای محاسبه مقاومت در برابر زلزله ابتدا می بایست یک ساختمان فرضی دو طبقه را مدل کرده و پس از محاسبات مربوط به بار گذاری مرکز جرم و مرکز سختی طبقات را بدست آورد. حتی الامکان بایستی پلان به صورتی طراحی شود که مرکز جرم و سختی نزدیک هم باشد و دهانه بیشر از 5 متر طراحی نشود.
سپس نیروی زلزله برای هر طبقه و هر دیوار محاسبه شود البته می توان فرض کرد که دیوارها به صورت تقریبا یکپارچه و یا همچون یک دیوار برشی در مقابل زلزله عمل می کنند سپس نیروی وارد بر هر دیوار محاسبه شده و سرانجام نیروی وارد بر هر بلوک محاسبه گردد نحوه آزمایشها و محاسبات کامپیوتری برای تحلیل بلوکها:

برای پرداختن کیفیت بلوکها و سازه ساخته شده از بلوک از دو طریق می توان اقدام نمود که طریق اول انجام آزمایشهای مقاومت فشاری، مقاومت کششی ..... می باشد که این آزمایشها هم اکنون در درست مطالعه می باشند. همچنین در اینجا باید سعی شود محاسبه وزن دیوارها، وزن سقف ها، میزان یا افت در یک دهانه 4 و 5 متری از سقف، نحوه عملکرد بلوکها در دهانه های بیش از 5 متر، اتصالات دیوارها با هم و محاسبه حداقل یک ساختمان مسکونی کوچک و....... بررسی شود

در عملیات بارگذاری باید هنگام محاسبه جرم دیوارها بتن را با جرم حجمی 1800 کیلو گرم در نظر گرفت، حال آنکه در سقف این مقدار به میزان کمتری محاسبه می شو.د، زیرا در بلوکهای مصرف شده در سقف از الیاف بیشتری نسبت به دیوارها باید استفاده شود و این سبب سبکی سقف شده در نتیجه افت و خیز کمتری در و سط دهانه ایجاد می شود
اما طریق دیگر، انجام محاسبات کامپیوتری می باش

د. در ابتدای این امر و برای محاسبه نیاز به یک برنامه قوی المان محدود می باشد تا بلوکها را ابتدا به تنهایی و سپس در دیوار (به عنوان یک عضو از دیوار)، محاسبه نماید. مناسبترین و قویی ترین برنامه در این راستا برنامه Ansys ابتدا باید یک بلوک را رسم کرد. در رسم بلوکها از آنجا که به دلیل پیچیدگی زیاد بلوکها نمی توان هر بلوک را یکباره رسم کرد .می توان هر بلوک را به سه قسمت تفکیک کرد. (به جز بلوک گوشه) و هر قسمت را رسم کرده و سپس این سه قسمت را به وسیله دستور Coupling به هم چسبانده و یک بلوک را ساخت و پس از ساخت و مدل کردن بلوکها آنها را ابتدا به تنهایی و تک تک و سپس به صورت یک دیوار یکپارچه در قسمت بارهای استاتیکی و دینامیکی قرار داد.

بتن سبک، طبقه بندی آن و کاربردهای مختلف:
مقدمه:
در سازه ها به خصوص در ساختمانهای بتنی، وزن ساختمان به طور معمول بخش بزرگی از مجموع بار وارد را بر سازه تشکیل می دهد و روشن است که مزیت های قابل توجهی، در کاهش بار مرده حجمی بتن و جود دارد. در راس این مزیت ها، کاهش بار مرده و در نتیچه کاهش بار وارد بر اعضای گوناگون ساره و در نهایت کاهش ابعاد پی ها می باشد. به علاوه به بتن سبک، قالب ها فشار کمتری را تحمل می کنند و وزن کلی مصالحی که باید جابه جا شوند، کاهش می یابد که از لحاظ اقتصادی به صرفه می‌باشد. با توجه به آیین نامه ی محاسبه ی ایمنی ساختمان ها و در مقابل زلزله، به کارگیری مصالح سبک وزن، راهی مناسب و با صرفه در جهت افزایش ایمنی ساختمان ها می‌باشد که بتن های سبک، تامین کننده این مزیت فنی هستند، بتن سبک و دلیل دارا بودن حباب های هوا، عایق حرارتی خوبی بوده و دوام رضایت بخشی دارد. اما در مقابل سایش؟، مقاوم نمی باشد. در ضمن حمل و نقل و ریختن آن احتیاج به دقت و مواظبت بیشتری نسبت به بتن معمولی دارد و در کل برای بعضی هدف ها، مزیت های بتن سبک بیشتر و مهم تر از نقص های آن می باشد.

کاربردهای آینده ی بتن سبک به قرار زیر می باشد:
- توسعه دادن به دامنه ی کاربرد بتن پیش ساخته و ایجاد سرعت در ساختمان سازی
- امکان ساخت ساختمان های با مقاومت بیشتر در برابر نیروهای ناشی از زلزله
- امکان ساختمان سازی بر روی خاک های نامناسب
- ایجاد ساختمانهایی با مقاوت بیشتر آتش سوزی
- امکان احداث پل هایی با دهانه های متوسط و طویل
- امکان احداث ساختمانهای شناور سبک تر
طبقه بندی بتن های سبک
الف) طبقه بندی بر اساس هدف و کاربرد

1- بتن سبک سازه ای بر اساس مشخصات ارئه شده در (ASTM-C330-82a) در مورد بتن سازه ای سبک، مقاومت فشاری 28 روزه نمونه های استوانه ای باید کمتر از 170 kg/c2 و وزن حجمی حالت خشک (400-1800)kg/m3 باشد و نباید بیشتر از 1840 kg/m3 شود.آئین نامه ی (ACI-213R) 86 نیز چگالی (1350-1900) kg/cm3 و مقاومت فشاری حداقل 17Mpa را توصیه می کند.

2- بتن سبک بنایی: بر اساس (ASTM-C33-81) بتن سبک بنایی، باید مقاومت برابر با (71-140) kg/cnm2 وزن حجمی (500-800) kg/m3 داشته باشد وآیین نامه ی (ACL-213R-87) نیز چگالی (800-1350) kg/cm3 و مقاومت فشاری (7-07)Mpa را توصیه می کند.
3- بتن سبک جداکنند: بر اساس (ASTM-C332-83) خصوصیت اصلی بتن سبک جدا کننده، ضریب انتقال حرارت آن است که باید کمتر از 0.3(j/m2.c/m) باشد و وزن حجمی آن کمتر از 800 kg/m و مقاومتی در حدود (7-70) kg/cm2 داشته باشد . آین نامه ی (ACL-213R-87) نیز چگالی را در حدود (300-800) kg/m3 توصیه می کند.

ب) طبقه بندی با توجه به روش تولید بتن های سبک
چگالی بتن معمولی در دامنه ی (2200-2600) kg/cm3 قرار می گیرد. در نتیجه وزن قطع های بتن خیلی زیاد شده، نسبت زیادی را از بار مرده ی وارد بر ساختمان تشکیل می دهد. بنابراین به کار بردن بتن با چگالی کمتر می تواند منجر به فواید شاخصی مانند کم شدن سطح مقطع اعضای اسکلت، کاهش ابعاد پی .... شود.

چگالی بتن را می توان با جایگزین نمودن حباب های هوا به جای برخی از مواد جامد در مخلوط بتن، کاهش داد. سه امکان برای این کار وجود دارد. اول اینکه هوا بین ذره های سنگدانه ها خود به خود سبک دانه گویند. دوم اینکه، هوا در خمیر سیمان داخل شود که در این صورت بتن به دست آمده را، بتن اسفنجی یا متخلخل گویند. سوم اینکه، هوا در بین ذره های درشت دانه باقی بماند که در این صورت رزیزدانه ها حذف می شوند و بتن به دست آمده ار بتن بدون ریزدانه گویند

خواص بتن سبک دانه
با استفاده از سنگدانه های سبک و متخلخل که وزن مخصوص آنها کمتر از 6/2 می‌باشد این امکان فراهم می آید که بتن هایی با وزن مخصوص (300-1850) kg/m3 و مقاومتی کمتر از 400 kg/cm3 ساخته شود. به ازای کارآیی برابر . (سادگی تراکم)، بتن سبک، اسلامپ پایین تر و ضریب تراکم کمتری نسبت به بتن معمولی، دارد زمانی که مصالح سبک در بتن مسلح استفاده می شود ، باید توجه خاصی به محافظت آرماتورها در برابر خوردگی شود. زیرا عمق کربناتاسیون (عمقی که در آن خورده گی تحت شرایط مناسبی انجام شود)، بیش از دو برابر عمق کربنا تاسیون در بتن معمولی است. اغلب با مصرف سنگدانه های سبک، 10mm پوشش اضافی روی آرماتورها، ضروری می باشد. تمام بتن های ساخته شده با سنگدانه های سبک، نسبت به بتن های معمولی دارای نفوذ پذیری بیشتر و ضریب انبساط حرارتی کمتری می‌باشند. ولی ممکن است در هنگام استفاده از بتن سبکدانه و بتن معمولی در مجاورت هم، مشکلاتی ایجاد شود. از سوی دیگر اعضای ساخته شده از بتن سبکدانه بر اثر تغییرات حرارتی متفاوت، تمایل کمتری به تاب برداشتن وکمانش دارند. سنگدانه های سبک مصرفی در بتن سبکدانه، به دو صورت زیر تقسیم بندی می شودند:

1- سنگدانه های طبیعی سبک وزن: با انواع پرلیت، ورمیکولیت، دیاتومه ها، می توان بتن به وزن مخصوص کم، جهت عایق کاری تولید تمود. با انواع پوکه و سنگ معدنی و سنگ پا نیز می توان بتن با وزن مخصوص متوسط تولید نمود
2- سنگدانه های مصنوعی سبک وزن: با به کار بردن این سنگدانه ها، می توان بتن های با وزن مخصوص کم و مقاومت فشاری زیاد تولید نمود. از این بتن سبک می توان به عنوان بتن باربر، در ساختمان و به ویژه در صنعت پیش ساخته استفاده نمود. می توان از خاک رس منبسط شده، تفاله سبک کوره آهن گذاری، سبک دانه کلینگری و پوکه، به عنوان سنگدانه های سبک مصنوعی نام برد.

خواص بتن بدون ریزدانه
این نوع بتن با حذف ریز دانه از مخلوط، ساخته می شود. به طوری که توده ای از ذره های درشت دانه با اندازه یکسان که هر یک با پوششی از خمیر سیمان با ضخامتی حدود 1.3mm احاطه شده اند، به وجود می آید که باعث پایین آمدن وزن حجمی آن می شود و در نهایت مقاومت آن نیز کاهش می یابد. اما به علت اندازه بزرگ حفره ها، امکان حرکت مویینه آب فراهم نمی آید. در نتیجه سرعت نفوذ آب در آن پایین می آید و به همین دلیل نیز در مقابل یخبندان، مقاومت خوبی دارد.
با این نوع سنگدانه مشخص، وزن حجمی بدون ریزدانه به دانه بندی سنگدانه ها بستگی دارد، اما به طور معمول در حدود 10 درصد کمتر از هنگامی است که مصالح خوب دانه بندی شده از همان جنس مصرف شود و اغلب وزن حجمی kg/m3(2000-1600) تغییر می کند و با استفاده از سنگدانه های سبک می توان بتن بدون ریز دانه ای با وزن حجمی حدود kg/m3 640 به دست آورد.