طراحی سازه بتنی

طراحی سازه بتنی با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در صنعت ساخت و ساز ، در انواع پروژه های کوچک و بزرگ مانند انواع ساختمان ها، برج ها، پل ها، سدها و ... مورد استفاده قرار می گیرد.

شرکت عمران مدرن ، برحسب مشخصات پروژه شما، مجرب ترین متخصصان مربوطه جهت طراحی سازه های بتنی را معرفی نموده تا در اسرع وقت و با بالاترین کیفیت و مقرون به صرفه ترین قیمت ، پروژه را به انجام برسانند.

همچنین شما می توانید به طور مستقیم با ارائه دهندگان خدمت طراحی سازه بتنی در ارتباط بوده و یا ضمن برقراری ارتباط با عمران مدرن ، معرفی بهترین ارائه دهنده را به ما بسپارید.

روش های طراحی سازه بتنی

مهندسین و متخصین ساختمان همواره در تلاش اند که در طراحی سازه های بتنی دو فاکتور ضریب اطمینان بالا و هزینه طراحی و اجرای کم را بهینه نمایند. به همین منظور سه روش طراحی سازه بتنی بر اساس تنش مجاز ، طراحی سازه بتنی بر اساس مقاومت نهایی و طراحی سازه بتنی بر اساس حالات حدی مورد استفاده می گیرد.

طراحی سازه بتنی براساس تنش مجاز 

طراحی سازه های بتنی بر اساس تنش مجاز یا ASD ، قدیمی ترین روش طراحی است که از قانون هوک تبعیت می کند. به طوری که در سازه بتنی به روش ASD ، فرض می شود که فولاد و بتن الاستیک بوده و تنش رابطه مستقیمی با کرنش تا نقطه خرابی دارد. 

به عبارتی طراحی سازه بتنی به روش تنش مجاز به گونه ای است که حتی تحت بدترین حالت ترکیب بار ، تنش های مجاز در هیچ نقطه ای از سازه از مقادیر مشخص تجاوز نکنند.

مراحل طراحی سازه های بتنی به روش بهره برداری شامل تعیین بارهای وارد بر سازه ، تعیین تنش های مجاز با استفاده از آیین های محاسباتی و آنالیز سازه در مراحل مختلف به کمک تئوری الاستیسیته است.

با وجود این که طراحی سازه های بتنی با روش  ASDیا روش بهره برداری از سهولت بیشتری نسبت به سایر روش های طراحی برخوردار است، اما معایبی نیز دارد.

از مهمترین معایب طراحی سازه بتنی به روش ASD فرض الاستیک بودن بتن است. این در حالی است که بتن هنگامی که تحت تنش های کم نیز قرار می گیرد، عمدتا رفتاری غیر الاستیک دارد. به عبارتی در این روش از طراحی سازه بتنی ، انقباض و خزش وابسته به زمان مواد لحاظ نمی گردد.

عدم لحاظ عدم قطعیت بارها و لحاظ ضرایب ایمنی از دیگر معایب طراحی سازه بتنی به روش تنش مجاز است. از طرفی مقاطع طراحی شده در این روش عمدتا مقرون به صرفه نمی باشد.

طراحی سازه بتنی براساس مقاومت نهایی

در سال ۱۹۸۰ با افزایش کیفیت مصالح و ارتقاء سطح کیفی اجرا ، طراحی سازه بتنی براساس مقاومت نهایی یا پلاستیک (LRFD) با استفاده از تئوری روش پلاستیک یا مقاومت نهایی به عنوان یک روش علمی تر و اقتصادی تر در بسیاری از کشورها جایگزین روش تنش مجاز گردید.

در روش LRFD ، به جهت طراحی بر مبنای مقاومت نهایی و خارج شدن از محدوده الاستیک تحت بار ناشی بارگذاری ، هزینه های ساخت و ساز به نسبت ASD کاهش می یابد.

مراحل روش مقاومت نهایی که یکی از پر کاربردترین روش های طراحی سازه های بتنی است، شامل افزایش بار بهره برداری با اعمال ضریب بار ، تعیین مقاومت هر مقطع از سازه با اعمال بار های ضریب دار شده و طراحی سازه ای با مقاومتی بیشتر از مقاومت در نظر گرفته شده در گام قبل، می باشد.

لازم به ذکر است که جهت دستیابی به این روش از طراحی سازه های بتنی ، مطالعات گسترده ای بر روی رفتار غیر خطی بتن و تحلیل مسئله ایمنی در سازه های بتنی صورت پذیرفت. 

طراحی سازه بتنی براساس حالت حدی

طراحی سازه بتنی براساس حالت حدی در واقع مشابه طراحی سازه بتنی به روش LRFD است، با این تفاوت که بهبود های بیشتری در این روش حاصل گشته است. 

به طوری که در این روش از طراحی سازه های بتنی ، ظرفیت باربری و ایمنی اعضای سازه ، با احتمالات منطقی تر ارزیابی می گردد. به گونه ای که طراحی سازه بر مبنای احتمال وقوع شرایطی است که خواسته های طراحی در آن لحاظ نگردد.

در طراحی سازه بتنی به روش حالت حدی ، حالت حدی فروریزش که شامل حالت حدی فروپاشی در خمش ، فشار ، برش و پیچش است و حالت حدی بهره برداری که شامل حالت حدی تغییر شکل ، ترک خوردگی و ارتعاش است، لحاظ می گردد.

طراحی سیستم باربر جانبی سازه بتنی

در طراحی سیستم جانبی سازه بتنی ، عناصر مقاوم در برابر زلزله لازم است به گونه ای طراحی گردند که پیچش ناشی از نیرو های مؤثر و مقاوم در طبقات به حداقل برسد. برای این منظور مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ لازم است فاصله مرکز جرم و مرکز سختی در هر طبقه و امتداد آن، کم تر از ۵ درصد بعد ساختمان در آن امتداد باشد.

سیستم قاب خمشی ، سیستم دیوار برشی و سیستم دوگانه یا ترکیبی قاب خمشی و دیوار برشی از معمول ترین سیستم های باربر جانبی است که در سازه های بتنی طراحی می گردد.

طراحی قاب‌ خمشی در سازه بتنی 

یکی از سیستم‌ های رایج در طراحی سازه‌ های بتنی استفاده از سیستم باربرجانبی قاب خمشی است. به طوری که در این سیستم بر خلاف سیستم قاب ساده ، تیرها از طریق اتصال صلب به ستون متصل می گردند. در این سیستم نیروی ناشی از زلزله از طریق رفتار خمشی_برشی در ستون‌ ها و تیرها تحمل می ‌شوند.

یکی از مزایای قابل توجه سیستم قاب خمشی ، عدم محدودیت های معمول سازه هایی با دیوار برشی است و در این سیستم فضای بین چشمه‌ های قاب ‌ با دیوار برشی محدود نمی گردد. البته هزینه اجرای این نوع از سازه های بتنی به سبب لزوم اجرای جزئیات اجرایی بیشتر، قابل توجه می باشد.

سیستم باربری جانبی قاب خمشی دارای ضریب رفتار بالایی می باشد. تغییرشکل قاب خمشی باعث جذب انرژی در قاب شده و در نتیجه مقاومت در برابر نیروهای برشی افزایش می ‌یابد. 

در ساختمان ‌هایی که از سیستم قاب خمشی برای مقابله با بار جانبی زلزله استفاده می‌شود، مطابق بند ۱-۵-۷ آیین نامه ۲۸۰۰ لازم است طراحی سازه بتنی به نحوی انجام پذیرد که ستون ‌ها دیرتر از تیر ها دچار خرابی شوند. بر همین اساس و با توجه به توزیع بار بر اساس سختی، لازم است نسبت سختی تیر ها به ستون‌ ها کنترل گردد.

طراحی دیوار برشی در سازه بتنی

یکی دیگر از سیستم های رایج در طراحی سازه های بتنی ، سیستم باربر جانبی دیوار برشی می باشد. این سیستم در مقایسه با سیستم قاب ‌خمشی به سبب سختی بیشتر، نیروی بیشتری را نیز جذب می کند. این در حالی است که عمدتا در سیستم دیوار برشی تغییر مکان جانبی ساختمان به مراتب کمتر می باشد.

همچنین در سیستم دیوار برشی ، مفصل پلاستیک به سبب مهار جانبی تیر و ستون عمدتا در پای دیوار تشکیل می شود. این در حالی است که در سیستم قاب ‌خمشی ، مفصل پلاستیک عمدتا در انتهای تیرها تشکیل می گردد.

از مزایای طراحی سازه بتنی با دیوار برشی می توان به صلبیت زیاد ، حذف کمانش فشاری ، کاهش لاغری ستون ‌ها و جلوگیری از انتشار خرابی به کل سازه اشاره کرد. البته وزن زیاد و به تبع آن جذب انرژی قابل توجه در زلزله و نیازمند بودن به فونداسیون بزرگ و عمیق از معایب این نوع از سیستم طراحی سازه های بتنی به شمار می رود.

طراحی سیستم دوگانه در سازه بتنی

سیستم باربر جانبی دوگانه در سازه ‌های بتنی عمدتا شامل قاب‌ خمشی به همراه دیوار برشی یا مهاربند می ‌باشد. به طوری که در این نوع از طراحی سازه بتنی ، قاب ‌های ساختمانی عمدتا بارثقلی را تحمل می کند و دیوار برشی نیز سختی و مقاومت جانبی سازه را در برابر بار های جانبی ایجاد می‌ کند. 

البته قاب‌ های خمشی مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ لازم است حداقل ۲۵ درصد نیرو های جانبی در تراز پایه را تحمل نماید چرا که در غیر این صورت سیستم باربر جانبی معادل سیستم جانبی قاب ساده ساختمانی با دیوار برشی طلقی می گردد. 

از طرفی در طراحی سیستم باربر جانبی دوگانه لازم است دیوار های برشی حداقل ۵۰ درصد نیرو های جانبی در تراز پایه را تحمل کند. چراکه در غیر این صورت مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ این سیستم باربری جانبی ، سیستم قاب خمشی در نظر گرفته می‌ شود.

اما در ساختمان های کوتاه تر از ۸ طبقه و با ارتفاع کم تر از ۳۰ متر مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ می‌ توان دیوار های برشی را برای ۱۰۰ درصد بار جانبی و قاب‌ های خمشی را برای ۳۰ درصد بار جانبی طراحی نمود.

طراحی سازه بتنی پیش تنیده

یکی از مشکلات معمول در طراحی سازه های بتنی ، مقاومت کششی کم بتن و آسیب پذیری آن در هنگام اعمال کشش است. طراحی سازه بتنی پیش تنیده می تواند به مراتب این مشکل را برطرف سازد. به طوری که می توان از این سیستم علاوه بر دال های بتنی در ساخت پل ، مخازن بتنی ، فونداسیون و کف های پس تنیده ، مهار خاک ، مقاوم سازی سازه های موجود ، سازه های ویژه نظیر اسکله و ... نیز استفاده نمود.

در سازه های بتنی پیش تنیده با اعمال نیروی کششی به کابل های تعبیه شده در بتن ، نیروی فشاری ایجاد می گردد. وجود تنش های فشاری در بتن باعث خنثی شدن تنش های کششی ناشی از بارگذاری خمشی می گردد. به این ترتیب طراحی سازه های بتنی پیش تنیده موجب می گردد که مقاطع کوچکتری مورد استفاده قرار گیرد.

طراحی سقف سازه های بتنی 

سقف تیرچه بلوک و سقف دال بتنی معمول ترین سقف هایی است که عمدتا برای سازه های بتنی طراحی می شود، اما در سازه های خاص تر برحسب نوع پروژه و دهانه های موردنیاز، سقف های کوبیاکس و یوبوت نیز طراحی می گردند.

خطا در طراحی سازه بتنی

یکی از مشکلات قابل تامل در طراحی سازه بتنی ، خطاهای طراحی است که می تواند منجر به صرف هزینه های قابل توجه گردد. چراکه این خطا می تواند در ابعاد کوچک منجر به طراحی یک مقطع با ابعاد بزرگتر از حد نیاز گردد و صرف هزینه های بیشتر را منجر شود. اما خطای طراحی سازه های بتنی می تواند عواقب بیشتری را هم در پی داشته باشد به طوری که با طراحی اعضایی که باربری لازم را ندارند، می تواند منجر به تخریب کل سازه گردد.

یکی از عوامل قابل توجه در خطای طراحی سازه های بتنی این است که بارهای وارده به سازه جهت آنالیز و طراحی ، به صورت فرضی مورد محاسبه قرار می گیرد. با این حال بارهایی که به ساختمان وارد می شود و نحوه توزیع آن ها می تواند با فرضیات متفاوت باشد. به همین سبب لازم است در فرآیند طراحی سازه های بتنی ، ضرایب اطمینانی لحاظ گردد. چراکه ترمیم خسارتی که بر اثر خطا در طراحی سازه های بتنی ایجاد می شود، می تواند بسیار دشوار باشد.

هزینه طراحی سازه بتنی

بهترین طراحی برای هر نوع سازه ای از جمله سازه بتنی باید به گونه ای باشد که علاوه بر حفظ ایمنی و مقاومت ساختمان ، میزان استفاده از مصالح ساختمانی را به حداقل ممکن رسانده و در نهایت موجب کاهش هزینه های تحمیلی بر پروژه شود. اما به طور کلی قیمت طراحی سازه بتنی بر حسب متراژ ساختمان مشخص می گردد که این هزینه می تواند در پروژه هایی با شرایط و طراحی های خاص افزایش یابد.