یکی از مهم ترین تصمیماتی که در طراح سازه می بایستی مدنظر قرار دهد، انتخاب نوع مصالح مصرفی در سازه پروژه می باشد. این تصمیم در بسیاری از مواقع تابع نوع اسکلت سازه، مسائل مالی و تأمین سرمایه مورد نیاز ساخت پروژه و همچنین تجربه و دانش و مهارت گروه طراحی است. هدف مهم و اصلی در فرآیند طراحی انواع سازه های فلزی و بتنی، به دست آوردن سازه ای اقتصادی و در عین حال عملکرد مطلوب می باشد. از نظر مهندسین طراح سازه، اصطلاح سازه مرکب یا سازه با مقاطع مرکب برای سیستم های سازه ای به کار می رود که در آن اشکال مختلف مقاطع فولادی نورد شده به صورت گرم با بتن پیش ساخته (به صورت مکانیکی) یا بتن درجا (قالب بندی شده در محل) قفل و بست شده باشد. سازه مرکب می تواند شامل تیرهای مرکب، خرپای مرکب، ستون های مرکب و دیوارهای مرکب باشد. در تیرهای مرکب، یک دال از جنس بتن به طور مکانیکی به یک عضو فولادی متصل می شود.
برای تیرها تحت خمش مثبت، دال بتنی به عنوان بال فشاری یک تیر فولادی و عضو فولادی به عنوان بال کششی عمل می کند. بدین ترتیب استفاده از تیر مرکب در صورتی که مقاومت و سختی بیشتری از تیر فولادی داشته باشد، قابل توجه می باشد و در نتیجه مقطع فولادی به کار رفته در سازه مرکب از مقطع فولادی به کار رفته در سازه فولادی، با بارگذاری یکسان سبک تر می باشد.
غالباً بتن دال روی یک عرشه فلزی دارای تیر کمرکش، که روی بال بالایی مقطع فولادی قرار دارد، ریخته می شود، عرشه فولادی همانند یک قالب ثابت برای بتن ریزی می باشد و همچنین وظیفه یک تقویت خمشی مثبت را دارا می باشد. از عرشه فولادی در ساختار شمع بندی نشده استفاده می شود و به همراه آن از تقویت حداقل مورد نیاز در دال نیز استفاده می شود.
اجزای به کار رفته در سازه مرکب (مقاطع سازه ای مرکب)
به طور کلی می توان اجزای به کار رفته در یک سازه مرکب را به موارد زیر تقسیم بندی نمود:
- مقطع فولادی یا عنصر فلزی همچون مقطع توخالی فولادی
- مقطع بتنی یا عنصر بتنی همچون دال بتنی یا پرکننده بتنی
- عضو اتصال دهنده برشی در صورت نیاز
- میلگردهای تقویتی جهت افزایش ظرفیت کششی عضو در صورت نیاز
اثرات استفاده از بتن در سازه فولادی
برای مطالعه اثرات استفاده از بتن در سازه فولادی، بهترین روش مدل سازی اتصالات مربوطه می باشد. زیرا اولاً مدل سازی کل سازه کاری دشوار و زمان بر است. ثانیاً مدل سازی سایر اجزاء سازه نمی تواند به خوبی اثرات استفاده از بتن را در تقویت سازه، نشان دهد. ولی به این علت که اتصال حساس ترین قسمت سازه است و روش به کار گرفته شده که شامل استفاده از بتن در داخل ستون، استفاده از سخت کننده در ستون، استفاده از قشر بتنی در کف و … است، تحت هر شرایطی اثر خود را بر روی اتصال خواهد گذاشت، لذا مدل کردن اتصال و بررسی رفتار آن بیانگر رفتار سازه خواهد بود.
برای مدل کردن اتصال، پیچیدگی های زیادی وجود دارد. با توجه به اینکه اتصال به عنوان یک جزء سازه مورد بررسی قرار می گیرد، بایستی اندرکنش سایر اجزاء سازه نیز با آن منظور گردد. زیرا اگر اتصال بدون اعمال شرایط سازگاری با سایر قسمت های سازه یعنی تیر، ستون و … مورد بررسی قرار گیرد، نمی توان مدعی شد که اتصال مدل شده، رفتار کاملاً مشابهی با اتصال واقعی دارد. لذا لازم است که شرایط بارگذاری، شرایط تکیه گاهی و شرایط مرزی به گونه ای در نظر گرفته شود که اتصال در تقابل با سایر اجزا دیده شود.
اثرات استفاده از فولاد در سازه بتنی
بتن و فولاد مصالحی هستند که به صورت گسترده در ساخت و ساز ها مورد استفاده قرار می گیرند. مزایای هر دو مصالح امروزه به خوبی شناخته شده است. بتن مصالحی با سختی بالا، ارزان قیمت (نسبت به سایر مصالح) و مقاومت قابل توجه در برابر آتش سوزی و ضمناً فولاد مصالحی با شکل پذیری و مقاومت بالا و وزن کم است. با این وجود، استفاده از فولاد تنها در ساخت ستون ها به ویژه در سازه های بلند، غیر اقتصادی است.
همچنین سازه های بلند با ستون های فولادی معمولاً دارای تغییر شکل های جانبی نسبتاً بزرگ بوده و در مقابل آتش سوزی مقاومت پایینی دارند. همچنین استفاده از بتن تنها در ستون های ساختمان های بلند، در طبقات پائین فضای بیشتری را اشغال نموده و دارای وزن نسبتاً بیشتری است. به علت ترد و شکننده بودن بتن، سازه حاصل دارای شکل پذیری کمتری بوده و در بارهای لرزه ای، افت مقاومت در سازه به وجود خواهد آمد.
ترکیب هوشمندانه این دو مصالح، یک سیستم مؤثر و کارآمد از استفاده مجزا از آنها را نتیجه می دهد. این سیستم را با عباراتی چون سازه مرکب و یا دوگانه و یا سازه با مقاطع مرکب معرفی می کنند. امروزه مقاطع سازه ای مرکب به صورت موفقیت آمیزی در ستون ها، تیرها و دال های با دهانه های متوسط و بزرگ در انواع مختلف ساختمان ها و همچنین در پایه و تیرهای پل ها مورد استفاده قرار می گیرند.
استفاده از ستون های مرکب به علت همکاری توأم و مناسب بتن و فولاد در بسیاری از سیستم های سازه ای در سرتاسر جهان در حال افزایش است. ستون های مرکب نه تنها مزایای بسیاری در ساخت به ویژه از نظر سرعت اجرا و متغیرهای اقتصادی دارند بلکه باعث بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی اعضای سازه ای در مقایسه با اعضای بتن مسلح و فولادی مجزا می شوند.
ستون های مرکب اگر جزئی از سیستم سازه ای مختلط باشند، مزایای دیگری نیز می توان از آنها انتظار داشت. به عنوان مثال اگر اتصال مناسبی بین ستون و سیستم سقف (تیر و دال) برقرار باشد، این اتصال مقاومت با‌لاتر و رفتار بهتری از خود نشان می دهد که در نتیجه باعث افزایش سختی و ایجاد قید اضافی خواهد شد.
یکی از پیچیدگی های اجرایی در ستون های مرکب هماهنگی میان عوامل اجرایی بتن و فولاد و نحوه اتصال تیر به ستون است. اما از مزایای بسیار این نوع از ستون ها می توان به موارد زیر اشاره نمود که سبب استفاده روزافزون از آنها در فرآیند طراحی و اجرای سازه ها گردیده است.
- افزایش سرعت ساخت
- عدم نیاز به قالب
- کاهش بارهای روی پی
- افزایش فضای مفید
- کاهش زمان ساخت
- کاهش هزینه‌های ساخت و نگهداری
در زمینه سازه فلزی بیشتر مطالعه کنید :
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه صنعتی (Industrial Structure)
- سوله چیست ؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- ستون های مرکب بتن و فولاد از قبیل CFT و SRC
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
مطالب مرتبط:
