بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، تاثیر ردههای مقاومتی بتن و گروه میلگردهای مصرفی بر هزینه اجرای اسکلت ساختمانهای بتنآرمه منظم با سیستم قاب خمشی مورد بررسی قرار گرفته و از دیدگاه اقتصادی با هم مقایسه گردیدهاست. ساختمانها دارای تعداد طبقات 5، 10 و 20 طبقه با شکلپذیریهای متوسط تا ویژه در نظر گرفته شدهاست. در این تحقیق از 4 رده مختلف مقاومتی بتن از 20 تا 50 مگاپاسکال به همراه سه گروه مختلف میلگرد مصرفی با قطرهای مختلف استفاده شدهاست.
در کل 36 مدل اسکلت بتنآرمه که بر اساس ضوابط مقررات ملی ایران، مباحث ششم و نهم، تحلیل و طراحی شده و مورد بررسی قرارگرفتهاست. پس از طراحی مقادیر مصرف در هر کدام از مدلها بر مبنای آهنآلات، حجم بتن و قالببندی در مرحله اسکلت استخراج و در نهایت مورد بررسیهای اقتصادی قرارگرفته است. نتایج نشان میدهد که استفاده از بتنهای با مقاومت 30 مگاپاسکال و گروه میلگرد با قطرهای متوسط 16 تا 25 میلیمتر سبب اقتصادیتر شدن هزینه اجرای ساختمانهای بتنی با سیستم قاب خمشی در مرحله اسکلت تا 10درصد میگردد.
-1 مقدمه
با توجه به شرایط کنونی اقتصاد در جهان، بازنگری در بکارگیری و صرفهجویی در زمینههای مختلف استفاده از انرژی اهمیت ویژه ای را به خود اختصاص داده است. یکی از مصادیق این موضوع در ساختمانسازی، استفاده بهینه از مصالح، با هدف صرفهجویی اقتصادی ضمن رعایت مقررات و دستورالعملهای آئیننامهای است. ساختمانسازی فرآیندی است که از طریق بکارگیری نیروی انسانی و دیگر اشکال انرژی، مصالح به ساختمان تبدیل میشوند.
کارآیی این فرآیند بستگی به طرز تفکر طراحان در مورد هزینهها و مدیریت پیمانکاران در این زمینه دارد. انتخاب مصالح مناسب، توسط طراحان در کنترل هزینههای ساخت ساختمان میتواند بسیار موثر باشد. صنعت ساختمان و صنایع وابسته به آن، از زیرساختهای توسعه کشور محسوب میشوند. به رغم اهمیت این صنعت همچنین تأثیرات آن در مصرف انرژی و آلودگیهای محیط زیست، به نظر میرسد چرخه تولید و مصرف مصالح در کشور مناسب نیست و ضرورت وجود یک طرح بهینهی مصرف مصالح، در ساختمان احساس میشود.
در اسکلتهای بتن مسلح که استفاده از آنها رو به افزایش است، عدم استفاده از بتنهای با مقاومت و دوام مناسب، سبب افزایش مصرف سیمان در بتن و در نتیجه بکار بردن بتن با مقاومت پائین، موجب افزایش مصرف فولاد - میلگرد - شده است که از اصلیترین معضلات این صنعت مهم میباشد، زیرا تولید این مصالح با ارزش بیش از هر مصالح دیگری با مصرف انرژی و آلودگیهای زیست محیطی در ارتباط است.
بتن به عنوان پرمصرفترین ماده ساختمانی شناخته شدهاست و سیمان مهمترین جزء این ماده ساختمانی از لحاظ مصرف انرژی محسوب میشود. صنعت فولاد کشور نیز در حال حاضر با مشکلات فراوانی روبهرو است. از طرف دیگر باید به این نکته اشاره شود که مشخصات مکانیکی بتن با مشخصات دوام آن - به جز در موارد خاص - ارتباط مستقیم دارد و افزایش مقاومت فشاری به خصوص در سازههای بتنی معمولی مانند ساختمانها، باعث افزایش دوام و عمر مفید سازهها میگردد.
بررسی استانداردهای جهانی نشان میدهد که طول عمر ساختمانهای کشور 25 تا30 سال و طول عمر ساختمانهای کشورهای صنعتی تا 100 سال و حتی کشور روسیه 300 سال است. با توجه به مطالب بیان شده مشخص است که جهت رشد ارتقای کیفی مصالح مصرفی - بتن، فولاد و.. - در کشور نیازمند یک عزم جدی در سطح خرد و کلان میباشیم.
تعدادی از مطالعات صورت گرفته پیرامون تاثیر رده های مقاومتی بتن و میلگرد در کشور ترکیه استفاده از بتن با مقاومت 30 مگاپاسکال را سبب بهینه شدن هزینه در ساختمانهای بتنی معرفی کردهاند.1]و[2
-2 کلیات
تعدادی از مفروضات در نظر گرفته در این تحقیق عبارتند از شکل منظم ساختمان در ارتفاع و پلان، تعداد طبقات 5، 10 و 20 طبقه با ارتفاع هر طبقه 3/2 متر و سیستم سقف تیرچه و بلوک - یونولیتی - میباشد که کاربری مسکونی را دارا می باشد و در زمین نوع 3 با مقاومت فشاری مجاز 1/75×104 کیلوگرم برمترمربع احداث شدهاند. میلگرد مصرفی از نوع S400 و بتن با ردههای مقاومتی C20 - C25 - ، C30، C40 و C50 در نظر گرفته شدهاست.
در ساختمانهای 20 طبقه از C25 استفاده میگردد. شکل 1 پلان ساختمانهای مورد بررسی را نشان میدهد . با توجه به فرض منظم بودن ساختمانها و نیز ارتفاع آنها روش تحلیل استاتیکی معادل، مبنای تعیین نیروهای جانبی ناشی از زلزله در ساختمانهای 5 و 10 طبقه و تحلیل دینامیکی با استفاده از طیف استاندارد آئیننامه 2800 در ساختمانهای 20 طبقه میباشد. فرض استفاده از گروه میلگردهای مورد استفاده در طراحی اعضا نیز مطابق جدول 1 میباشد.
شکل :1 پلان مفروض در ساختمانهای مورد بررسی
جدول :1 گروه میلگردهای طراحی
-3 روش تحقیق
ساختمانها با فرضیات در نظر گرفته شده در بخش 2 مطابق مقررات ملی ساختمان مباحث ششم و نهم ویرایش 1392، تحلیل و طراحی شدهاند و در آن محدودیتهای تعیین شده توسط آئیننامه مانند نسب تغییر مکان جانبی طبقات، درصد فولاد مقاطع، طولهای مهاری و همپوشانی و ضوابط مربوط به فولادگذاری، ضوابط حریق و...کنترل شده و در نهایت از روی نقشههای اجرایی ترسیم شده، مقادیر مصالح مصرفی مانند حجم بتن، وزن میلگرد مصرفی و سطوح قالببندی استخراج و مورد تجزیه و تحلیل واقع شدهاند. مطابق ضوابط مبحث نهم نسبت آرماتورهای طولی در ستونها به حداقل 1 درصد و حداکثر 2/5 درصد - با توجه به وجود وصله - محدود گردیدهاست. در ساختمانهای 5 و10 طبقه این محدودیت سبب افزایش بعد تعدادی از اعضا گردید. در ساختمانهای 20 طبقه به علت ابعاد بزرگتر اعضا محدودیت ذکر شده در حداقل قرار گرفت.
یکی دیگر از محدودیت های آئیننامهای در ساختمانهای 20 طبقه - شکل پذیری ویژه - رعایت اصل ستون قوی-تیر ضعیف میباشد، ضابطه مذکور در مورد این ساختمانها موجب انتخاب حداقل بعد 60×60 برای ستونها شد، در واقع وقتی ابعاد ستون از مقدار ذکر شده کمتر انتخاب میگردید ضابطه نقض شده و با پیغام خطا در روی عضو نمایش داده میشود.
پس از ترسیم و تعیین جزئیات اعضا، لیست مقادیر مصالح مصرفی از روی مقاطع و مدل 3 بعدی سازه تهیه گردید. در برآورد هزینه هر پروژه مقادیر اقلام آن بر اساس نقشههای اجرایی و مشخصات فنی که در دفترچه مشخصات ذکر شدهاست محاسبه گردیدهاست و با توجه به ردیفهای فهرست بها اندازهگیری دقیق شدهاست.
روند محاسبه حجم بتن به این شکل است که ابتدا کلیه المانهای تیر، ستون و دال بتنی روی تیرچهها به صورت 3 بعدی با ابعاد واقعی و نهایی تعیین شده در تحلیل، ترسیم شد و سپس احجام مشترک بین این المانها از روند محاسبه خارج شد و در نهایت حجم هر کدام از اجزا به تفکیک محاسبه شدند. حجم کل بتن شامل حجم بتن ستونها در طبقات و حجم بتن تیرها به علاوه دال کف طبقات میباشد.
پس از ترسیم مقاطع تیر و ستون و تعیین وزن حجمی میلگرد از روی نقشههای ترسیم شده، لیستوفر مورد نیاز توسط نرمافزار نخصصی ترسیم سازههای بتنی محاسبه گردید. برای بررسی اثر تنوع در میلگردهای طراحی بر میزان مصرف، هر مدل ساختمانی با سه دسته میلگرد، پنجتایی A و سهتایی B و سهتایی C مطابق جدول 1 برای میلگردهای طولی و یک شماره میلگرد - 10 - برای خاموتها طراحی شدند، در مواردی که هیچ یک از استراتژیهای استفاده از خاموت مثل استفاده از خاموت با چند ساق، خاموت لوزی و یا کاهش فاصله بین خاموتها جوابگوی مقدار میلگرد برشی لازم نبود، بالاجبار سایز خاموت افزایش داده شد - وزن حجمی میلگرد 7/85 تن بر مترمکعب - . برای یک سطح مقطع مورد نیاز از فولاد، استفاده از میلگردهای بزرگ عموما مقدار دورریز کمتری نسبت به میلگردهای کوچک دارد ولی مصرف بیشتری خواهیم داشت.
از طرفی دیگر با استفاده از میلگردهای با قطر پائینتر می توان با دقت بیشتری به سطح مقطع مورد نیاز دست یافت. درضمن تنوع در ابعاد اعضا و قطر میلگردها، اثرات منفی نیز در بازدهی نیروی کار خواهد داشت. مقادیر وزنی استخراج شده میلگردها به جهت عدم حساسیت طراحی تیرچهها به رده بتن مصرفی فقط شامل میلگرد تیرها و ستونها بوده و بدون تیپبندی طبقات و با اعمال دستور برش - جهت کاهش پرت میلگرد - تهیه شدهاست.
از تمامی حالات مدلسازی شده متراژ سطح قالببندی که شامل سطوح قالببندی تیرها و ستونها میباشد استخراج شدهاست. سطح قالببندی ستونها از روی تراز کف طبقه تا زیر تراز فوقانی محاسبه شدهاند.
خلاصه مراحل انجام تحقیق و بررسی در شکل 2 ارائه شدهاست. در مجموع 36 حالت مدلسازی ساختمان بالغ بر 203.280 مترمربع تحلیل و طراحی همراه با جزئیات اجرائی - Detailing - انجام گرفته است.
