وقتی سخن از طراحی نقشه سازه بتنی می‌شود، هدف تعیین ابعاد هندسی، نحوه چیدمان ستون‌ها و اعضای سازه‌ای، مقدار آرماتور موجود در هر عضو سازه‌ای و به طور کلی تعیین تمام جزئیات اعضای سازه بتنی است که باید در برابر بارهای وارده از خود مقاومت نشان دهند. طراحی نقشه سازه بتنی یکی از خدمات آنلاین گروه رایمون سازه است که به دلیل تجربه و مهارت بالای طراحان سازه ما، نقشه‌های پروژه شما از نظر اصول طراحی نقشه سازه و مسائل اقتصادی، در بهینه‌ترین حالت طراحی می‌شود.
همانطور که می‌دانیم سازه‌های بتنی یا در اصطلاح علمی سازه بتن آرمه یکی از رایج‌ترین سازه‌های مورد استفاده در کشور ما هستند. علت این محبوبیت برای سازه‌های بتنی به دلیل در دسترس بودن مصالح و نیروی کار فراوان در اکثر نقاط کشور است. به طوری که شما برای اجرای سازه بتن آرمه خود نیازی به نیروی متخصص یا ماهر نداشته و با کارگران ساختمانی ساده نیز قادر به انجام این کار هستید. در مورد مصالح سازه بتنی نیز، در اکثر مناطق کشور مصالح اولیه بتن مانند سنگدانه، ماسه و سیمان وجود داشته و در بیشتر مناطق کارخانه‌های بتن آماده نیز وجود دارند که کار اجرای سازه بتن آرمه را ساده‌تر می‌کنند.
اما طراحی نقشه سازه بتنی بایستی بر طبق اصول و ضوابط موجود و همچنین با رعایت اصول اجرایی انجام شود. اگر مهندس طراح به اصول طراحی سازه بتنی مسلط نبوده و همین طور نکات اجرایی را نیز در نظر نگیرد، ممکن است سازه شما بسیار سنگین و غیراقتصادی طراحی شود و هزینه‌های زیادی به شما تحمیل شود. در حالی که با انتخاب مهندس سازه با تجربه، از ضررهای مالی خود می‌توانید جلوگیری کنید.
امروزه سازه‌های بتنی به دلیل مزایای ویژه‌ای که دارند مورد توجه بسیاری از کارفرمایان هستند. برای ساخت این سازه‌ها از شن، ماسه و سیمان به اضافه‌ی میلگرد ساده و آجدار استفاده می‌شود. در چند دهه گذشته، آیین‌نامه‌های طراحی سازه‌های بتنی، مانند مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران و آیین‌نامه بتن کشور آمریکا (ACI)، تغییرات زیادی داشته‌اند. تمامی این تغییرات برای بهبود رفتار و عملکرد سازه‌ها حین ارتعاشات زلزله است. از بتن آرمه می‌توان برای سقف، پله، تیر، ستون، فونداسیون، دیوار برشی، تیرچه‌های آماده استفاده کرد.
اصول طراحی نقشه سازه بتنی
همانطور که گفته شد، بتن یکی از مصالح ساخت اسکلت سازه است که از شن، ماسه، سیمان، آب و در بعضی از موارد مواد افزودنی تشکیل شده است. مهمترین خاصیت و مشخصه‌ی بتن مقاومت بتن است. منظور از مقاومت یک ماده، توانایی مقابله با تنش‌ها است بدون اینکه شکسته شود. شکست معمولا با بروز ترک‌ها اتفاق می‌افتد ولی بتن بر خلاف بسیاری از مصالح ساختمانی دیگر، حتی پیش از قرارگیری تحت بارهای خارجی، ریز ترک‌های دارد. بنابراین در روند طراحی نقشه سازه بتنی، مقاومت به تنش مورد نیاز برای شکست آن گفته می‌شود.
مقاومت بتن در تنش‌های فشاری حدود 8 برابر بیشتر از مقاومت کششی آن است. در واقع بتن تحت کشش ضعیف عمل می‌کند و نمی‌تواند پایداری خود را تحت نیروهای کششی حفظ کند. به همین علت برای افزایش مقاومت کششی بتن آن را به وسیله‌ی فولاد (میلگردهای آجدار و ساده) مسلح می‌کنند که اصطلاحا به آن بتن آرمه یا بتن مسلح می‌گویند. به هیچ عنوان در ساختمان از بتن تنها استفاده نمی‌شود و همیشه بتن همراه با آرماتور به کار می‌رود. پس اگر در این مقاله حرف از سازه‌ی بتنی و بتن زده می‌شود، منظور همان سازه‌ی بتن آرمه و بتن مسلح شده می‌باشد.
روش‌های طراحی نقشه سازه بتنی
در آیین نامه بتن ایران روش طراحی، روش حالت حدی است که در آن برای طراحی نقشه سازه بتنی دو حالت پیشنهاد شده است. این دو روش عبارتند از:
- روش حالات حدی نهایی: به حالاتی گفته می‌شود که به حداکثر ظرفیت باربری سازه یا قسمتی از آن مربوط می‌شود.
- روش حالات حدی بهره‌برداری: به حالاتی گفته می‌شود که به معیارهای قابلیت بهره‌برداری سازه و یا پایایی آن مربوط می‌شود.
مراحل ساخت سازه بتنی
یکی از مهمترین اصولی که باید توسط مهندس سازه در روند طراحی نقشه سازه بتنی در اصفهان مورد توجه قرار گیرد، رعایت نکات و مسائل اجرایی سازه است. اصولا اکثر سازه‌های بتنی مراحل ساخت مشابه یکدیگر دارند که شامل:
- خاکبرداری و تسطیح
- اجرای بتن مگر
- قالب‌بندی فونداسیون
- آرماتوربندی فونداسیون و قرار دادن میلگردهای انتظار برای اجرای ستون‌ها
- بتن‌ریزی فونداسیون
- مراقبت از بتن و عمل آوری آن
- باز کردن قالب‌های فونداسیون
- آرماتوربندی ستون‌ها و قرار دادن میلگرد انتظار برای این سقف‌ها (تکرار این پروسه تا سقف آخر)
- قالب‌بندی ستون‌ها (تکرار این پروسه بعد از اجرای سقف‌ها تا سقف آخر)
- بتن‌ریزی ستون‌ها (تکرار این پروسه بعد از اجرای سقف‌ها تا سقف آخر)
- باز کردن قالب ستون‌ها
- مراقبت و عمل‌آوری بتن
- قالب‌بندی سقف با استفاده از شمع (جک‌های حمایتی)
- آرماتوربندی تیرهای افقی و درگیر کردن آرماتورهای انتظار ستون‌ها با آنها
- نصب تیرچه‌های سقف و قرار دادن ابتدا و انتهای آنها در آرماتورهای تیرها
- اجرای آرماتوربندی راه پله نیز در تراز طبقات همزمان با اجرای هر سقف اجرا می‌شود.
- نصب بلوک سفالی، سیمانی یا یونولیتی بین تیرچه‌ها برای پر کردن ضخامت سقف و صرفه‌جویی در بتن
- قرار دادن شبکه‌ی میلگردهای حرارتی بر روی تیرچه‌ها (معمولا میلگرد ساده‌ی شماره 6)
- بتن‌ریزی سقف (تکرار این پروسه تا سقف آخر)
- مراقبت و عمل‌آوری بتن تا 7 روز
سؤالات و ابهامات خود در زمینه طراحی نقشه سازه بتنی را از کارشناسان ما بپرسی
اجزای مختلف ساختمان در نقشه سازه بتنی
اجزای مختلف سازه بتنی وظیفه دارند بارهای وارده را از یک مسیر مشخص به بستر خاکی یا سنگی زیر سازه منتقل کنند. در طراحی نقشه سازه بتنی به این مسیر مشخص، مسیر انتقال بار گفته می‌شود. این مسیر از سقف شروع شده به تیرها وارد می‌شود، سپس به ستون‌ها و فونداسیون و سپس به بستر زیر سازه ختم می شود.
فونداسیون
فونداسیون بخشی از سازه است که وظیفه‌ی انتقال نیروهای وارده از سازه به خاک یا بستر سنگی زیرین خود بر عهده دارد. محل قرارگیری پی کمی پایین‌تر از سطح زمین می‌باشد. فونداسیون‌ها انواع مختلفی دارند که شامل: 1. پی منفرد 2. پی نواری 3. پی گسترده، می‌باشد.
ستون‌ها
به طور کلی می‌توان گفت که ستون‌ها، نیروهای محوری و تا حدودی نیروهای جانبی را تحمل کرده و این نیروها را به فونداسیون منتقل می‌کنند. ستون‌ها مقاطع متفاوتی مثل مربع، مستطیل، چند ضلعی منظم، دایره و … می‌توانند داشته باشند.
تیر
تیرها عضوهای افقی سازه هستند که ستون‌های سازه را به صورت افقی در سقف‌ها به هم وصل می‌کنند. تیرها بارهای وارده را به ستون‌ها منتقل می‌کنند. تیرها بارهای وارده را به ستون‌ها منتقل می‌کنند و تکیه‌گاه مناسبی برا تیرچه‌های سقف تیرچه بلوک هستند. در آیین نامه توصیه شده است که در سازه‌ها، تیرها، ضعیف‌تر از ستون‌ها طراحی و اجرا شوند که اصطلاحا به آن تیر ضعیف-ستون قوی می‌گویند.
سقف
به صفحه‌های مستطیلی افقی که تکیه‌گاه‌های آنها تیرهای سازه است، سقف گفته می‌شود. در واقع سقفِ طبقه‌ی پایین کفِ طبقه‌ی بالا محسوب می‌شود. به طور کلی سقف‌ها باید در برابر بارهای محاسباتی مثل بار وزن خود و بارهای دیگر مثل بارهای زنده و بار برف و …مقاومت و پایداری داشته باشد. سقف‌ها انواع مختلفی دارند که مهندس سازه با توجه به طول دهانه‌ها، بودجه‌ی پروژه، میزان بار و … نوع آن را مشخص می‌کند.
دیوار
دیوارهای سازه‌ای به کار رفته در ساختمان بتنی شامل دو نوع زیر می‌باشد:
- دیوارهای حائل: دیوارهای بتن آرمه‌ای هستند که اصولا در زیرزمین ساختمان‌ها برای فشارهای ناشی از خاک ساخته می‌شوند.
- دیوار برشی: دیوارهای برشی نیز از جنس بتن مسلح هستند و از لحاظ شکل ظاهری مشابه دیوارهای حائل می‌باشند. ولی از لحاظ محاسباتی و تحمل نیروها و عملکرد، تفاوت بسیاری دارند. دیوارهای برشی به منظور تحمل بارهای جانبی از قبیل نیروی باد و زلزله در سازه طراحی می‌شوند.
انواع سقف در نقشه سازه بتنی
سقف‌هایی که در طراحی سازه بتنی استفاده می‌شود شامل: تیرچه بلوک، دال، وافل، کوبیاکس، یوبوت، اینتل دک و بابل دک می‌باشد که سقف‌های تیرچه بلوک، دال و وافل پرکاربردترین آنها هستند.
- سقف تیرچه بلوک: از جمله سقف‌های بتنی هستند که استفاده از آنها در صنعت ساخت و ساز بسیار رواج دارد. این سقف‌ها طراحی و اجرای ساده‌ای داشته و قیمت مقرون به صرفه‌ای دارند.
اجزای تشکیل دهنده‌ی این سقف‌ها شامل: تیرچه، بلوک، میلگرد و بتن است و ضخامت سقف معمولا 35 سانتی‌متر می‌باشد. مصالح ساخت سقف‌های تیرچه بلوک در دسترس همگان بوده و به همین علت پر کاربردترین سقف در سازه‌های بتنی است.
- سقف دال: دال بتنی نوعی سقف است که به صورت یکپارچه از مصالحی مانند بتن و فولاد (میلگرد) ساخته می‌شود. اصولا از این نوع سقف‌ها برای طبقات پایینی مثل پارکینگ‌ها و دهانه‌های بزرگ‌تر از 8 متر که نمی‌توان سقف تیرچه بلوک اجرا کرد، طراحی می‌شوند. ضخامت این سقف‌ها معمولا بین 15 تا 25 سانتی‌متر است.
سقف‌های دال از لحاظ عملکردی شامل دو نوع دال یک طرفه و دو طرفه می‌باشند.
- دال یک طرفه: در صورتی که نسبت دهانه بزرگ‌تر به دهانه‌ی کوچک‌تر بیشتر از 2 باشد و دال بر روی دو لبه‌ی مقابل قرار گیرد عملکرد دال یک طرفه می‌باشد.
- دال دو طرفه: در صورتی که نسبت دهانه‌ی بزرگ‌تر به دهانه‌ی کوچک‌تر آن از 2 کمتر باشد و دال به وسیله‌ی تکیه‌گاه در چهار ضلع خود پشتیبانی گردد، دال از نوع دو طرفه است.
- سقف وافل: سقف وافل از انواع دال‌های یک طرفه یا دو طرفه محسوب می‌شود. مراحل اجرای سقف وافل به ترتیب شامل: زیرسازی سقف وافل، قالب گذاری، آرماتور گذاری، بتن ریزی، قالب برداری و عملیات نازک‌کاری است.
سقف وافل یک طرفه عملکردی مشابه سقف تیرچه بلوک دارد و توصیه می‌شود حداکثر دهانه‌ی سقف وافل 8 و یا نهایتا 9 متر باشد. ولی سقف وافل دو طرفه مقاومت بالاتری داشته و می‌توان تا دهانه‌ی 12 متری و در شرایط خاص با نظر مهندس ناظر و طراح تا 15 و یا نهایتا 16 متر استفاده نمود.
این سقف‌ها جز سقف‌های جدید محسوب می‌شوند و هنوز استفاده از آنها خیلی رایج نیست ولی وزن کم و عملکرد خوبی در مقابل زلزله دارند و در دهانه‌های بلند قابل اجرا هستند.
کاربرد دیوار برشی در طراحی نقشه سازه بتنی
در ساختمان‌های کمتر از سه طبقه نیروهای جانبی همچون نیروی باد و زلزله توسط قاب خمشی (تیر+ستون) کنترل می‌شود و این المان‌ها می‌توانند نیروی زلزله را مهار کنند. ولی وقتی تعداد طبقات ساختمان از سه طبقه بیشتر می‌شود، استفاده از سیستم سازه‌ای قاب خمشی برای نیروهای جانبی جوابگو نیست. به همین علت در روند طراحی سازه بتنی از دیوار برشی استفاده می‌کنند که میزان آرماتورهای تیرها و ستون‌ها کاهش می‌یابد و اکثر نیروهای جانبی توسط دیوارها مهار شده و به فونداسیون و سپس به خاک زیر آن منتقل می‌شود.
طراحی نقشه سازه بتنی سبک
به طور کلی دو راه برای سبک سازی ساختمان وجود دارد:
راه اول استفاده از نقشه‌های ساختمانی است که در آنها از کمترین تعداد ستون و در نهایت مصالح استفاده می‌شود. برای این کار باید از سقف‌های جدید که می‌توانند در دهانه‌های بلند اجرا شوند، استفاده کرد. یا مهندس سازه باید دقت کند که با کنترل نامنظمی پلان و تغییر مقاطع از میزان میلگرد مصرفی بکاهد و تیر و ستون را با ابعاد کمتری طراحی کند.
راه دوم که راه متداول‌تری است استفاده از مصالح سبک و مدرن می‌باشد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی مصالح ساختمانی سبکتر از نمونه‌های قبلی وارد بازار شده که کیفیت عملکرد مطلوبی دارند.
مزایای سازه بتنی
در این قسمت به یک‌سری مزایا و معایب این سازه اشاره شده است که به مهندسین برای طراحی نقشه سازه بتنی می‌تواند کمک کند.
- دسترسی و قیمت مناسب: تمام اجزای تشکیل دهنده‌ی بتن، مصالح ارزان قیمت و در دسترس هستند. همچنین بتن آماده در اکثر نقاط ایران در دسترس همگان است.
- امکان خرید تدریجی مصالح: یکی از مهمترین ویژگی‌های این سازه، این است که می‌توان مصالح را به صورت مرحله‌ای برای هر طبقه تهیه کرد.
- عدم نیاز به نیروی متخصص: برای اجرا ساختمان بتنی بر خلاف سازه‌ی فولادی و سازه‌های خاص نیاز به نیروی کار متخصص نیست. پس نیروی کار، بیشتر و در دسترس‌تر است.
- مقرون به صرفه‌ترین برای اجرای بعضی کارها: بتن در بعضی از اجزای سازه‌ای مانند پی، شمع‌ها و دیوار حائل مقرون به صرفه‌ترین گزینه است.
- قابلیت اجرا در اشکال و مقاطع مختلف: بتن را می‌توان به هر شکل دلخواه در آورد. فقط کافیست قالب مناسب مقطع را تهیه کرد. این ویژگی یکی از مزایای بتن در مقابل فولاد است. چون مقاطع فولادی در کارخانه تهیه شده ولی مقاطع بتنی درجا تهیه می‌شوند.
- مقاومت در برابر آتش‌سوزی: بتن می‌تواند مدت زیادی در برابر آتش مقاومت کند و اسکلت ساختمان فرو نریزد. این مزیت باعث می‌شود که فرصت کافی برای مهار آتش داشته و بتوان جان افراد را نجات داد.
- مقاومت در برابر رطوبت: اگر آبی که با بتن در تماس است حاوی یون سولفات و کلر نباشد، مشکلی برای بتن و حتی آرماتورهای داخل آن پیش نمی‌آید.
- لرزش کمتر برای ساکنان: اجزای اسکلت بتنی صلبیت بالایی دارند. به همین دلیل هنگام حرکتِ افراد و همچنین نیروهای باد شدید و … آرامش ساکنان حفظ می‌شود.
- نیاز به نگهداری کمتر در دوره‌ی بهره‌برداری: سازه‌ی بتنی در مقابل سازه‌ی فولادی پس از ساخت و تکمیل بنا به نگهداری کمتری نیاز دارد و مراقبت خاصی احتیاج ندارد.
معایب سازه بتنی
- زمان اجرای طولانی‌تر: مدت زمانی که برای اجرای اسکلت بتنی احتیاج داریم بسیار بیشتر از اسکلت فولادی است.
- کیفیت کمتر: کیفیت سازه‌ی بتنی برای اینکه کنترل کیفیت بتن در کارگاه انجام می‌شود نسبت به مقاطع فولادی که در کارخانه تهیه و آماده می‌شوند، کمتر است.
- وزن تمام شده‌ی زیاد (بار مرده): بار مرده سازه با اسکلت بتنی زیاد است و ما این را می‌دانیم هنگام مواجه سازه با زلزله، هرچه وزن سازه کمتر باشد، ساختمان واکنش بهتری نشان می‌دهد.
- مرمت و تعمیر سخت: اگر جزئی از اسکلت بتنی آسیب دید، ترمیم و تعویض آن سخت است.
- مقاومت کشش کم: مقاومت کششی بتن حدود یک دهم مقاومت فشاری آن است. برای همین در ساختمان‌ها از بتن مسلح استفاده می‌شود که این آرماتورها ضعف بتن در مقابل کشش را جبران کنند.
- از بین رفتن سریع مصالح: بتن باید بلافاصله پس از تهیه استفاده شود و در بهترین حالت تا دو ساعت پس از ساخت قابل استفاده است.
- تأثیرپذیری زیاد از شرایط جوی: شرایط بد آب و هوایی در اجرای بتن تأثیرگذار است. مثل گرما، سرما، باران و …
هزینه‌های سازه بتنی
همواره مسئله هزینه در تمامی صنایع از اهمیت زیادی برخوردار بوده و صنعت ساخت و ساز نیز در این زمینه استثنا نبوده است. برآورد قابل اعتماد از هزینه‌های ساخت ساختمان قبل از شروع عملیات ساخت بسیار حائز اهمیت می‌باشد. برآورد این هزینه‌ها و زمان مورد نیاز جهت تکمیل عملیات باید توسط شرکت‌های ساختمانی و افراد کارشناس در این زمینه صورت پذیرد. نحوه انجام طراحی نقشه سازه بتنی بسیار بر مقدار مصالح و هزینه کلی پروژه تاثیرگذار است، ولی از آنجا که پروژهها متفاوت هستند نمی‌توان یک عدد ثابت به عنوان هزینه‌ی ساخت اسکلت بتنی مشخص کرد. به همین علت باید کارشناسان، هر پروژه را به صورت تخصصی بررسی کرده و هزینه‌ی پروژه‌ی شما را برآورد کنند. یک مهندس طراح سازه با تجربه، به راحتی می‌تواند هزینه کلی اجرای پروژه شما را تا حد زیادی کاهش دهد. حتی اگر هزینه طراحی نقشه سازه بتنی شما اندکی بالاتر از مقدار عرف بازار باشد، مهندس سازه به راحتی می‌تواند چند برابر این هزینه اضافی را در پروژه شما صرفه‌جویی کند.