(Reinforced Concrete Design, 9th Edition (2019

هدف اولیه کتاب “طراحی بتن مسلح”، در ویرایش نهم، همان هدف ویرایش های پیشین است که به همراه جرج لیمبرونر نوشته شده که به تازگی بازنشسته شده است و آن، این است: برای ارائه درکی پایه ای و دقیق از مقاومت و رفتار اعضای بتن مسلح و سیستم های سازه ای بتن مسلح.

با تغییرات اخیر در آیین نامه ACI 318 و تحقیقات مربوط به بتن مسلح و رشد سریع و پیوسته علوم در ادبیات فنی، منظور از ارائه کتاب طراحی بتن مسلح (ویرایش نهم)، انتقال این حجم از اطلاعات و داده ها در یک منبع جمع بندی شده منعکس کردن آخرین اطلاعات موجود است. این کتاب با قصد کمک به مخاطب برای درک مسائل پایه ای طراحی و رفتار مقاطع بتن مسلح و اجرای مناسب در این صنعت ارائه شده است. کتاب طراحی بتن مسلح برای دانشجویان مقطع کارشناسی مهندسی عمران و معماری و تکنولوژی مهندسی و مسائل اجرایی معماری سودمند است. به علاوه، مهندسان اجرایی سازه و مهندسانی که در حال آماده سازی برای آزمون های نظام مهندسی هستند این کتاب را کاربردی و کمک کننده خواهند یافت.

ویرایش نهم کتاب طراحی بتن مسلح با هدف اولیه به روزرسانی مطالب آن برای تطابق با آخرین الزامات آیین نامه ای سازه های بتنی ارائه شده توسط انجمن بتن آمریکا (ACI 318-14) آماده شده است. ACI 318-14 سازماندهی مجدد و کاملی از این آیین نامه را در مقایسه با ویرایش پیشین آن ارائه می دهد و همچنین تعدادی تغییرات فنی نیز در خود جای داده است. در کل متن، منابعی مرتبط با بخش های مختلف آیین نامه ACI آورده شده است. از آن جا که این آیین نامه برای طراحی در ایالات متحده به کار می رود، قویا توصیه می شود که این آیین نامه در کنار این کتاب استفاده شود.

علاوه بر تغییرات الزامی برای تطابق با آیین نامه جدید، برخی از بخش ها ویرایش شده اند، بخش های جدیدی اضافه شده اند و پروژه های طراحی دانشجویی بهبود یافته اند و چند شکل نیز به روز رسانی شده است. کار بر روی پروژه طراحی به دانشجویان برای درک چگونگی و محل جای گرفتن اعضای بتن مسلح بررسی شده در فصول مختلف در بستر پروژه های ساختمانی واقعی کمک می کند. بنابراین آنها می توانند مشاهده کنند که آنچه آموخته اند به سادگی در جهان مهندسی قابل استفاده است. پاسخ مسائل مشخص شده ای در انتهای کتاب آورده شده است.

این کتاب برای واحد درسی طراحی سازه بتنی کارشناسی سودمند است که فصل های 1 تا 7 و قسمت هایی از فصل های 9 و 10 را در بر می گیرد. عناوین و فصل های باقی مانده می تواند بخش قابل توجهی از واحد درسی طراحی سازه بتنی 2 را تشکیل دهد. این کتاب سر فصل هایی بیشتر از عناوین لازم برای واحد درسی سازه بتنی 1 را پوشش می دهد. همچنین بسیاری از مباحث مورد نیاز در واحد درسی طراحی پی مربوط به سرفصل های مصوب مهندسی سازه منتشر شده توسط موسسه مهندسی سازه (Structural Engineering Institute, SEI)، انجمن مهندسان عمران آمریکا (American Society of Civil Engineering, ASCE)، اتحادیه ملی مهندسی سازه (National Council of Structural Engineering Associations, NCSEA) و انجمن مهندسان سازه آمریکا (Council of American Structural Engineers, CASE) را در بر می گیرد.

در تمامی 9 ویرایش، ارائه مطالب کتاب به روش اساسی و مسئله محور برای طراحی و تحلیل اعضای سازه ای بتن مسلح با استفاده از مثال های فراوان و قالب راه حل گام به گام حفظ شده است. به علاوه، فصل هایی وجود دارد که روش های مفهومی در موضوعاتی از قبیل بتن پیش تنیده و جزئیات سازه های بتن مسلح را ارائه می دهد. سیستم یکاهای استاندارد (SI) در پیوست C به همراه چند مثال توضیح داده شده است.

طراحی شکلی (Form design) در بیشتر مسائل طراحی سازه ای شامل اعضای بتنی از جمله مهم ترین ملاحظات است و فصل 12 روش هایی را برای طراحی شکل کار – سازه برای دال ها، تیر ها و ستون ها ارائه می دهد. جدول های مخصوصی برای تسریع فرآیند طراحی تدارک دیده شده است. در فصل 14، برخی ملاحظات کاربردی و قانون انگشت شست برای طراحی تیر ها، شاه تیر ها، ستون ها و دال های یک طرفه و روش هایی برای تقویت سازه های بتن مسلح موجود برای مخاطب شرح داده شده است.

موارد جدید ویرایش نهم کتاب طراحی بتن مسلح

• کل متن کتاب طراحی بتن مسلح برای تطابق با آخرین ویرایش آیین نامه ACI یعنی ACI 318-14 بازنگری شده است.
• طراحی مخلوط های بتنی و افزونه ها در فصل 1 بحث شده است و توضیحی برای توزیع بار ثقلی (مناطق مرزی و عرض های مرزی) و سیستم های دال بتنی ارائه شده است.
• طراحی دال زیربنایی (slab-on-grade) در فصل 2 بررسی شده است.
• طراحی کوربل ها (corbel) و براکت ها (bracket) در فصل 4 بررسی شده است.
• تسلیح یکپارچگی سازه ای در فصل 5 ارائه شده است و مثال های بیشتر برای توسعه مسلح کردن به این فصل اضافه شده است.
• طراحی دال دو طرفه با استفاده از روش مستقیم به همراه توضیحی از روش قاب معادل در فصل 6 پوشش داده شده است.
• در فصل 7، روش هایی برای محاسبه تغییرشکل های بلند مدت تیرها و شاه تیرهای پیوسته به همراه مثال جدیدی از تغییر شکل بلند مدت تیر T شکل پیوسته ارائه شده است. در مورد محاسبات کنترل تغییر شکل و طراحی سیستم های سقف بتنی در برابر ارتعاش نیز در فصل 7 بحث شده است.
• طراحی ستون های در معرض بارگذاری محوری به همراه خمش چند محوره، ضریب بزرگنمایی لنگر و طراحی ستون های لاغر در قاب های بدون نوسان و مهاربندی شده در فصل 9 توضیح داده شده است.
• بحث در مورد گونه های مختلف اطلاعات ارائه شده در گزارش ژئوتکنیکی و طراحی پی گسترده تحت بارگذاری خارج از محور به همراه مثالی جدید برای نشان دادن روش طراحی، در فصل 10 مهیا شده است.
• طراحی کلاهک شمع و تیرهای عمیق با استفاده از روش بند زدن (strut-and-tie method) در فصل 10 پوشش داده شده است.
• بخش جدیدی در مورد دیافراگم ها، یال ها و راگ استرات ها در فصل 14 اضافه شده است. علاوه بر آن بخش های دیگری نیز در مورد دال های یک طرفه در معرض بار متمرکز، مقاومت بتن سازه ای، نوار های پاشش بتن برای جلوگیری از ترک های ناشی از آبرفتگی بتن، مشخصات فنی بتن و آزمایش بارگذاری سازه های موجود در این فصل جای داده شده است.
• پروژه طراحی دانشجویی دومی نیز در فصل 14 اضافه شده است.

کتاب طراحی بتن مسلح به طور دقیق و کامل در طول سالیان در زمینه های مهندسی، معماری و تکنولوژی مهندسی آزموده شده است و باید به عنوان راهنمای طراحی ارزشمند و منبعی برای دانشجویان مهندسی و معماری، اصحاب تکنولوژی و مهندسان طراح شمرده شود. به علاوه، این کتاب به مهندسان و معماران برای آمادگی برای آزمون های صدور مجوز برای استخدام های حرفه ای کمک می کند.

بتن، رایج ترین مصالح سازه ای در سراسر جهان، یک ماده ترکیبی است که از ترکیب سیمان و خاک های ریزدانه و درشت دانه (ماسه، شن، سنگ شکسته و/یا مصالح دیگر) به همراه آب به عنوان جزئی اساسی برای انجام واکنش های لازم در هنگام فرآیند عمل آوری بتن تشکیل شده است. حجم مخلوط از خاک های درشت دانه و ریز دانه تشکیل شده است. مقاومت و دوام بتن حاصل تابعی از نسبت های مخلوط و همچنین عوامل دیگر از جمله تاریخچه بتن ریزی، پایان آن و عمل آوری است.

مقاومت فشاری بتن نسبتا زیاد است. حال آن که بتن ماده ای شکننده است، مقاومت کششی آن در مقایسه با مقاومت فشاری کمتر است. بنابراین میلگردهای فولادی (که مقاومت کششی و فشاری بالایی دارند) در ترکیب با بتن به کار می روند؛ فولاد کشش و بتن فشار را تحمل خواهند کرد. بتن مسلح حاصل ترکیب بتن و فولاد است. در بسیاری از موارد، بتن و فولاد قرار گرفته در اعضا، با هم در مقابل فشار مقاومت می کنند.

طراحی و ساخت سازه های بتن مسلح توسط آیین نامه ساختمانی مربوط به سازه های بتنی (ACI 318-14) انجمن بتن آمریکا (ACI) کنترل می شود. در این کتاب واژه آیین نامه (code)، مشخصا به آین نامه بتن آمریکا ارجاع داده می شود مگر این که به شکل دیگری قید شده باشد. این آیین نامه به طور مرتب در بازه های 3 ساله اصلاح، به روز رسانی و اخیرا مجددا انتشار یافته است و در آیین نامه های ساختمانی تقریبا تمامی ایالت های آمریکا جای داده شده است. به همین دلیل به صورت قانونی ضمانت اجرایی دارد و سندی قانونی است و بخشی از اسناد طراحی و ساخت سازه های بتن مسلح در نواحی به خصوص می باشد.

برای تهیه بتن سازه ای تقریبا منحصرا از سیمان هیدرولیکی استفاده می شود. با این سیمان، برای انجام واکنش های شیمیایی هیدراتاسیون حضور آب لازم است. در فرآیند هیدراتاسیون، سیمان، مجموعه بتن را به شکل یک توده واحد ارائه می دهد. سیمان پرتلند، که در انگلیس به وجود آمده است، بلا شک رایج ترین نوع سیمان است که عمدتا از سیلیکات کلسیوم و آلومینیوم تشکیل شده است.

در بتن تازه، نسبت مقدار آب به مقدار سیمان، با توجه به وزن آن، با عبارت نسبت آب به سیمان معرفی می شود. این نسبت را همچنین با تعداد گالون آب به بسته سیمان نیز م توان بیان کرد. برای کامل شدن فرآیند هیدراتاسیون سیمان در یک مخلوط، نسبت آب به سیمان 0/35 تا 0/4 مورد نیاز است. برای افزایش کارایی بتن (تسهیل در مخلوط کردن، کنترل و بتن ریزی) معمولا از نسبت آب به سیمان بیشتری استفاده و یا افزودنی ها به بتن اضافه می شود.

در بتن های سازه ای معمولی، اعضای دانه ای 70% تا 75% حجم بتن سخت شده را تشکیل می دهند. درجه بندی اندازه دانه ها برای ایجاد مجموعه ای از دانه ها با اندازه مناسب مورد توجه است، هر چقدر دانه ها با تراکم بهتری در یک توده قرار گیرد، مقاومت و دوام بتن به دلیل چفت و بست میان دانه ها بهتر خواهد شد.

سنگدانه را به دو نوع ریزدانه و درشت دانه تقسیم بندی می کنند. ریزدانه ها معمولا ماسه هستند و شامل دانه های عبور کننده از الک نمره 4 هستند. درشت دانه ها، نیز شامل دانه های باقی مانده روی الک نمره 4 می شوند. اندازه حداکثر درشت دانه در بتن مسلح به وسیله الزامات آیین نامه ای گوناگون ACI کنترل شده است. این الزامات در ابتدا برای اطمینان از بتن ریزی آسان در قالب ها بدون گیر کردن دانه ها میان میلگردهای قرار گرفته در کنار هم و یا میان میلگردها و قالب ارائه شده است.