اجرای طراحی سازه بتن آرمه

استفاده از سازه‌های بتنی، اگرچه به دوران امپراتوری روم برمی‌گردد و از اوایل دهه 1800 وارد بازار ساخت و ساز شد، اما در آن دوران هنوز یک فناوری علمی ناشناخته بود. اولین ساختمان ساخته شده از بتن آرمه مربوط می‌شود به سال 1853، در این سازه مهندس فرانسوا کوئینته (François Coignet) مهندس از میله‌های آهن به عنوان نیروی کششی در یک ساختمان چهار طبقه در خیابان چارلز میشلز در حومه پاریس استفاده کرد.

تقویت و پیشرفت طرح کویئنه که هنوز آن دوران اسمی نداشت توسط یک باغبان فرانسوی به اسم جوزف مونیر به منظور ساخت گلدان‌های باداوم با ترکیب بتن پیش ساخته و مسلح انجام شد. در سال 1867، بتن آرمه را با نام فروبتن (Ferro Concrete) به ثبت رساند، که به بتنی اشاره داشت که توسط آهن یا فولاد تقویت شده باشد. اگر چه به مونیر جایزه اختراع در سال 1877، اعطا شد اما هرگز وی نخواهد دانست که اختراع او چقدر در بهبود، مقاومت و تقویت کشش بتن تاثیرگذار بوده است. پس از کش و قو‌س‌های فراوان، بالاخره در سال 1908، هیات نظارت بر ساخت و ساز در آمریکا، استفاده گسترده از بتن آرمه یا مسلح را صادر کرد.

طراحی سازه بتن آرمه چیست؟

طراحی سازه بتن آرمه، به قطعات بتنی گفته می‌شود که در ساخت آن از بتن آرمه که متشکل از سیمان، شن و ماسه، میلگرد به دو صورت ساده یا آجدار است، استفاده می‌شود. سازه‌های بتنی امروزه یکی از پرکاربردترین قطعات ساختمانی هستند که شناخت طراحی و اجرای آن از طرف مهندسین بسیار ضروری و مهم است. مهم‌تر از آن شناخت نحوه رفتار اعضای مختلف بتن آرمه تحت نیروهای گوناگون برای تعیین استراتژی مناسب در راستای تقویت این قطعات است. به طور معمول ستون، تیرها و پی ساختمان، از رایج‌ترین قسمت‌ها در یک ساختمان هستند که در اجرای آن از طراحی بتن آرمه استفاده می‌شود. اجرای ساختمان‌ها و سازه‌های بتنی، بر این روش، صرف نظر از کارهای اصلی عمومی، مانند پیاده کردن محورها، گودبرداری، پی‌ریزی، نشانه‌گذاری و ... براساس موارد زیر اولویت‌بندی و اجرا می‌شوند:

•  آرماتوربندی
• قالب‌بندی
• بتن‌ریزی
• عمل آوردن بتن
• قالب‌برداری
• ترمیم و بهسازی قسمت‌های معیوب احتمالی و در صورت نیاز

روش‌های طراحی سازه‌های بتن آرمه

اولین و مهم‌ترین نکته در طراحی سازه‌های بتن آرمه، ایجاد ضریب مقاومتی و امنیتی در قطعات بتنی است که معمولا مهندسین برای طراحی سازه‌های بتن آرمه از سه روش استفاده می‌کنند که عبارتند از:

1.روش مبنی بر تنش مجاز:

در این روش تمام بارهای بهره‌برداری، مانند بارهای لرزه‌ای، بارهای مرده و زنده به کمک تئوری‌های خط مکانیکی محاسبه می‌شود. این روش که به روش بهره‌برداری نیز معروف است باید براساس مراحل زیر انجام گیرد:

• اندازه‌گیری بارهای وارده بر سازه مذکور
• مشخص کردن تنش‌های مجاز با استفاده از آیین‌نامه‌های محاسباتی
• آنالیز ساختمان و سازه در مراحل مختلف به کمک تئوری‌های کلاسیک اجسام

روش طراحی سازه‌های بتن آرمه بر مبنای تنش مجاز، یکی از روش‌های راحت در طراحی سازه‌های بتن آرمه است، با این حال به دلیل داشتن نواقص و برخی معایب برخی از مهندسی به دنبال راه‌های جایگزین برای برطرف کردن نواقصات ساختمانی هستند.

2.روش مبنی بر مقاومت نهایی:

این روش نیز یکی دیگر از روش‌های پرکاربرد در طراحی سازه‌های بتنی است، که بیشتر کارفرمایان تمایل به استفاده از آن را دارند. روش طراحی سازه‌های بتن آرمه براساس مقاومت نهایی، در آیین‌نامه‌های ساخت و ساز به عنوان روش مقاومت شناخته می‌شود. این روش نیز دارای مراحل مختلف بوده که عبارتند از:

• بار بهره‌برداری را به کمک ضریب بار افزایش می‌دهند،
• بارهای مذکور به سازه اعمال و مقاومت آن در هر مقطعی اندازه‌گیری می‌شود،
• طراحی سازه‌ای، که مقاومت آن در مقایسه با مقاومت اندازه گرفته شده بیشتر باشد.

3.روش مبنی بر حالات حد:

سومین و آخرین روش در طراحی سازه‌های بتن آرمه، که بیشتر در کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش حالات حدی است. این روش به نوعی تکمیل‌کننده روش مقاومت طراحی نیز بوده که در سه روش اجرا می‌شود:

• حالت حدی نهایی که در مورد ظرفیت بار است،
• حالت حدی تغییر شکل
• حالت حدی ترک خوردگی

لازم به ذکر است که روش حالات حدی یکی از جدیدترین و به روزترین روش‌ها در طراحی سازه‌های بتن آرمه در جهان شناخته می‌شود.

ویژگی و مزایای طراحی سازه بتن آرمه

بزرگترین ویژگی سازه‌های طراحی شده توسط بتن آرمه را می‌توان داشتن مقاومت بسیار زیاد فشار بیشتری دانست. از دیگر مزیت‌های طراحی این سازه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مقرون به صرفه
• انعطاف‌پذیری بالا به دلیل استفاده از قالب‌های گوناگون
• ماندگاری بالا و مقاوم در برابر شرایط آب و هوایی و جوی به ویژه در برابر آب و رطوبت
• مقاوم در برابر لرزش به دلیل داشتن طلبیت بسیار زیاد

نیازمندی‌های طراحی سازه بتن آرمه

عمدتا افرادی که طراحی سازه‌های بتنی را به صورت حرفه‌ای انجام می‌دهند باید دارای توانایی‌های زیر باشند:

• آشنایی با کلیه نکات مهم در نقشه‌های معماری
• تسلط کامل بر مدل سازی و بارگذاری آن
• آشنایی با اختصاص مقاطع، تنظیمات قبل از تحلیل و طراحی
• تسلط بر تحلیل و طراحی اولیه
• تسلط بر کنترل‌های سازه‌ای
• تهیه برنامه کامل جزئیات طراحی و اجرا
• راه‌اندازی پروژه با سیستم دو گانه
• طراحی دیوارهای برشی و برشی کوپله
• تسلط بر تهیه لیستوفر آرماتورها
• تسلط بر طراحی تیرهای فولادی تخت خمش (با اعضا و بدون آن)
• طراحی ستون‌های فولادی، پای ستون، اتصالات جوشی و پیچشی، تیرهای بتن آرمه تخت خمش، برش و پیچش و ...
• تسلط در طراحی فونداسیون بتن آرمه
• آشنایی کامل به ضوابط و مقررات ساختمان‌های بتن آرمه در مناطق لرزه خیز

نگاهی به تحصیلات در زمینه طراحی سازه بتن آرمه

به طورکلی افرادی که در زمینه رشته مهندسی عمران تحصیل می‌کنند باید سه درس تخصصی-اجباری در مورد سازه‌های بتن آرمه را بگذرانند که عبارت است از:

• سازه‌های بتن آرمه ۱
• سازه‌های بتن آرمه ۲
• پروژه سازه‌های بتن آرمه

با این حال طراحی و اجرای سازه‌های بتنی به عنوان یک رشته تحصیلی به عنوان مهندسی سازه در دانشگاه‌ها در مقطع کارشناسی، ارشد و دکترا ارائه می‌شود. موضوع اصلی مهندسی سازه عبارت از مقاومت مصالح، مکانیک جامدات، استاتیک، دینامیک، علم مواد، محاسبات عددی و طراحی سازه‌ها، همچنین دروس عمومی این رشته نیز شامل طراحی سازه‌های بتن آرمه، سازه‌های مرکب، چوبی، بنائی و فولادی بوده که در سطوح بالاتر تحصیلات مهندسی سازه تدریس می‌شوند.